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[参考译文] UCC256404:用于实现较低输入电压的300W LLC 转换器

Guru**** 2386890 points
Other Parts Discussed in Thread: UCD3138A, UCC256403, PMP3162, PMP20657, UCC2897A
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/933072/ucc256404-300w-llc-converter-for-lower-input-voltages

器件型号:UCC256404
主题中讨论的其他器件:UCD3138AUCC256403PMP3162PMP20657PMP22519UCC2897AUCC2897

我的电流设计高度关注效率、因此选择了谐振 LLC。  尽管数据表中没有提供任何证据证明低输入电压(例如、20V+)无效、但我看到很多抖动、表明这不是正确的拓扑、WebBench 工具不允许在该低电压下进行仿真。  是否有人可以阐明这一限制背后的推理?

我的设计:输入= 27-36V (28V 标称值)、输出= 12V @ 25A

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    澄清:上面列出的所有电压都是直流电... 此设计中不涉及交流电。

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    Daniel、您好!

    对于 LLC、初级上有一个循环电流、此电流不会对功率传输做出贡献、但有一个用于驱动 ZVS 转换。 对于更高的输入电压、这种循环电流最终将大有裨益、因为与循环电流产生的更高传导损耗相比、ZVS 的回报相当大。 在较低的输入电压下、ZVS 的效率优势会减小、但现在循环电流将真正开始增加初级侧的传导损耗、尤其是在半桥 LLC 中。 全桥 LLC 更适合处理较低的输入电压范围、因为初级绕组上的电压比半桥 LLC 高2倍、导通损耗会下降、但如果没有 UCC25640x、则无法支持全桥 LLC 配置 显著的胶合逻辑。 我们提供了一个全桥 LLC 参考设计、其中包含数字控制器 UCD3138A、您可能对此感兴趣:https://www.ti.com/tool/PMP22519

    关于使 UCC25640x 在27V 至36V 输入下工作、这会太小而无法成功实现 HV 启动(HV 引脚需要在引脚上至少>40V 才能将 VCC 成功充电至26V)。 但非 HV 启动设计肯定可以使用 UCC256403实现。 您可以通过一个小型外部电路将输入电压稍微降至 VCC 引脚。  

    对于此类较低的输入电压、其他软开关拓扑可能更适合您实现效率目标。 我建议查看 PMP3162、这是一款有源钳位正向转换器:https://www.ti.com/tool/PMP3162。 它并不是完全符合您的输入/输出要求的"点对点"、但它应该让您了解此拓扑可实现的功能。 该参考设计可实现几乎95%的效率。

    您还可以查看另一种软开关拓扑相移全桥:https://www.ti.com/tool/PMP20657

    此致、

    本·洛夫

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    感谢您的回答、Ben。  我不是电源工程师(数字)、除了基本降压/升压之外的拓扑超出了我的知识范围。

    我应该已经在我的 OP 中提到过、在这里、完全隔离是一项要求... 通过快速浏览原理图、我相信 PMP20657选项无法运行、可能与 PMP22519选项相同。

    就 UCC25604而言、不会直接向 HV 引脚提供输入电压(27-36V)来为 VCC 的初始充电提供足够的电压?  如果我理解芯片的正常运行、那么在直流供电设计中将不使用 HV 引脚的交流输入功能、这基本上会将其变成 VCC 的引导程序。  我正在专门查看 VCC_StartSelf 规范(或'03变体的 VCC_StartSwitching)... 可以说、该规格的28V 最大值高于我可能的最小输入电压27V、但原则上我认为整体设计仍然有效。

    我将详细介绍您提到的 PMP3162选项(尽管可以随意更正我在上面对其他选项所做的任何错误假设)... 如果我能够获得所需的功率、以使我所使用的输入电压稍低、那么它可能在游戏的这一阶段成为赢家。

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    仔细看一下 PMP3162的设置,它看起来也不是完全隔离的,所以这是一个不可执行的操作:-(

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    Daniel、您好!

    PMP3162是完全隔离的电源。 初级侧的电路以"PGND"为基准、次级侧的电路以"GND"为基准。 有一个安全额定 Y 电容(C2)将 PGND 连接到 GND。 由于 EMI 原因、这种情况很常见。 您能否告诉我、在隔离此设计方面、您会暂停什么?

    此致、

    本·洛夫

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    Daniel、您好!

    HV 和 VCC 之间的电流源是一个高电压 JFET、需要一些电压余量才能成功可靠地为 VCC 充电、直至达到 VCCStartSelf 阈值。 如您所述、您可能会发现某些器件能够在 HV 低于40V 的情况下成功为 VCC 充电、但无法在温度、工艺变化等情况下可靠地保证这一点

    PMP3162参考设计(UCC2897A)中的有源钳位正向控制器具有一个称为 VIN 的类似引脚、用于执行 HV 启动。 此引脚的建议范围为18V 至110V、因此您的输入电压范围可与此控制器完美匹配。

    此致、

    本·洛夫

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    我的错:我在上没有眼镜的情况下读取了原理图;-) 我认为 N_DRV 和 P_DRV 已经过了边界(我正在查看次级侧 VDRV 标志),但它似乎是一种非常奇怪的驱动方法。

    我将更深入地探讨 PMP3162设计...

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    Daniel、您好!

    如果我能谈谈栅极驱动器、 有源钳位正向有源钳位正向有源钳位正向的一些版本使用 N 沟道 MOSFET 来钳位 FET、但它们通常更昂贵、因为它们需要将钳位连接到 Vin 而不是 GND、因此您需要浮动栅极驱动器。 P 沟道 MOSFET 将为您提供正确的体二极管方向、您可以避免使用浮动栅极驱动器。 驱动电路实际上是一种使用电容器"电平位移"栅极信号的廉价方法、它在 PFET 的栅极上施加负电压以将其导通。  

    让我也和大家分享这些关于有源钳位正激式的幻灯片。 它可能有助于更熟悉拓扑:https://www.ti.com/lit/ug/tidu185/tidu185.pdf?ts=1597858311005&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F

    此致、

    本·洛夫

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    Ben、

    最后一个问题(我希望)... 与 UCCx808 (推挽)相比、使用 UCC2897 (有源钳位)有何优势?  WEBENCH 给出了2897的初始估算效率为~89%、而 x808设计的初始估算效率为~91%。  在300W 时、我的设计似乎位于多种拓扑之间的边缘、没有一种拓扑比另一种拓扑提供更大的优缺点、但如果我能够轻松获得它们、我甚至会错过几个百分点。

    谢谢。

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    Daniel、您好!

    我想说、推挽和有源钳位正向之间有几个不同之处。 推挽是一种双端拓扑、每次开关打开时都会向输出端提供能量。 有源钳位正向仅在主开关打开时提供能量。 因此、相对于有源钳位正激式、变压器的磁芯利用率更高有一些优势。 推挽是一种硬开关拓扑、因此初级 FET 上的开关损耗会更大、您可能需要在初级 FET 上使用缓冲器来限制最大电压应力、但在27V - 36V 的电压下、这可能不会太糟糕。 有源钳位正向非常容易在次级侧进行自驱动同步整流、这对于更高输出电流设计而言更为重要。 这在推挽中是不可能实现的。 我不相信 Webench 会考虑这方面的问题。

    在我看来、具有同步整流功能的有源钳位正激式转换器将为您提供最佳机会、从而根据您的功率规格最大限度地提高效率。

    此致、

    本·洛夫