电源设计：集中控制让电源设计更简单

好几年前，当我为液晶电视设计我的第一个 AC/DC 电源时，我添加了许多额外的保护电路，以确保电源符合安全和节能标准等规定。图 1 显示了 那些年前 LCD TV 电源的简化框图。

我应用了一个泄放电阻，以确保电磁干扰滤波器中的 x 电容器在一定时间内放电到对人体安全的电压水平，并符合 EN60950 安全标准。在待机模式下，我应用了额外的辅助电源以满足能源之星的要求。电源还需要外部输入欠压保护 (UVP) 和 DC/DC 开/关迟滞电路，以确保在 AC 开/关循环和其他关键测试期间的生存。

图 1：10 年前的简化液晶电视电源框图

由于电源上有如此多的电路，因此很难降低总体材料成本，并且印刷电路板布线变得更加困难。由于电力电子和半导体技术的进步，我们现在能够将我 10 年前添加的许多外部电路集成到单个 IC 中。例如，UCC29950是一款集中式控制器，能够驱动连续导通模式 PFC 电路和 LLC 谐振转换器，具有集成输入 UVP、x 电容器放电和 DC/DC 开/关迟滞。此外，集中控制方案允许 IC 从 PFC 和 LLC 级收集信息并进入或不进入待机模式。

提高功率密度最有效的方式就是提高开关频率，高频下的磁性元件体积会大幅度减小，但频率的提高会使开关管的开关损耗加大，对变换器的效率造成影响。采用高频工作将大大降低无源器件的尺寸，如变压器和电感器等。但随之而来的开关损耗对高频工作带来了不利影响，严重制约了开关频率的不断提高。为减少开关损耗和整流损耗，提高开关电源变换器的工作效率，因此提出了谐振软开关技术。LLC 谐振变换器电路结构简单，能实现初级主开关管的零电压（ZVS）导通和次级整流管的零电流（ZCS）关断，设计相对简单。同时，电流波形呈正弦化，开关损耗和噪声可大幅度减少，有效地减少了电磁辐射的干扰。

UCC29950为带有CCM升压功率因数校正（PFC）级和LLC转换器级的AC-DC转换器提供所有控制功能。控制器经过优化，易于使用。
专有的CCM PFC算法使系统能够实现高效率、更小的转换器尺寸和高功率因数。集成LLC控制器可实现高效DC-DC转换级，利用软开关实现低EMI噪声。组合控制器中PFC控制和LLC控制的集成允许控制算法利用两个阶段的信息。
该控制器包括用于使用耗尽模式MOSFET启动的控制电路，该MOSFET具有内部设备电源管理，该内部设备电源管理最小化外部组件需求并有助于降低系统实施成本。
为了进一步降低待机功率，集成了一个X-Cap放电电路。UCC29950实现了一整套系统保护功能，包括交流线路断电、PFC总线欠压PFC和LLC、过电流和热关机。

特性：

●高效PFC半桥谐振LLC组合控制器
●连续传导模式（CCM）升压功率因数校正
●支持自偏置或辅助（外部）偏置操作模式
●PFC回路完全内部补偿
●PFC级设计分为3个简单步骤（设计电压反馈、电流反馈和功率级）
●固定的100 kHz PFC频率，带有抖动，易于符合EMI要求
●真实输入功率限制，与线路电压无关
●固定LLC频率工作范围为70 kHz至350 kHz
●LLC半桥功率级的死区时间在负载范围内变化，以扩展ZVS范围
●三电平LLC过电流保护
●持续过载和短路电源保护的Hiccup模式操作
●通过主动控制高压启动MOSFET和X-Cap放电功能实现低待机功耗
●内置软启动和变频器排序，简化设计
●交流线路断电保护，带故障指示灯
●PFC总线过压和欠压保护
●超温保护
●外部门驱动器，可随功率级别扩展
●SOIC-16封装

应用UCC29950时，即使没有额外的辅助电源，电源也可以在空载时具有低功耗。因此，电源框图将简单得多（参见图 2），但仍提供与图 1 所示相同的功能。

图 2：简化的 UCC29950“无待机”电源框图

具有集中控制的电源可以大大减少元件数量和电路成本。由于控制器集成了许多保护功能，可靠性提高了，电源发生灾难性故障的机会也减少了。