PFC LLC 拓扑介绍及损耗分析

大家好 这一章我们来重点介绍一下 PFC 和 LLC 这个拓扑和它的损耗 我们来进行一个分析 首先我们来介绍一下 那个 PFC 这个拓扑 PFC 这个拓扑非常的流行 因为呢 它一方面能实现这个它输入的电流 完全跟随输出电压 是一个正弦波的一个形式 第二的话，就它的功率因数非常的高 第二的话 这个我们的选用的 PFC 是用 Boost PFC 所以它的输出电压是高于 输出电压是高于输入电压的 它典型的一个输出电压的话 就是 380V 到 400V 同时因为输出电压是高于输入电压 它能够提供一定的维持时间 PFC 有两种控制模式 一种是临界连续模式 就是我们所谓的 Transition Mode 另外一种是 CCM 模式 就是连续电感模式 临界连续电感模式 它有三个特点 要实现临界连续电感模式 必须采用变频控制 同时因为是电感电流自然过零 假如实现同样的功率 它的峰值电流是非常大的 另外呢因为电感电流自然过零 所以这个二极管的损耗 反向恢复损耗是非常小 所以呢 我们采用一个低成本的一个二极管 接下来我们来看临界连续模式 在 CCM 模式中 因为是固定的开关频率 所以这样对 EMI 是有好处的 同时因为我们电感电流是连续的 所以会在这个二极管中间 产生很大的一个反向恢复的损耗 所以呢我们通常采用 快速恢复二极管或者碳化硅二极管 因为我们的电感电流是连续的 所以我们的峰值电流 相比来说可以很低 综合以上特点 我们如果采用临界连续模式 它一般适用于功率段是 75W 到 250W 若用 CCM 模式呢 它的功率段一般适用于 250W 到 1kW 接下来我们对 LLC 这个拓扑 来进行一些简单的分析 首先 LLC 的前级的输入 就是前级 PFC 的一个输出 同时 LLC 它这个拓扑 它提供一个天然的隔离 让输出和原边侧隔离开来 LLC 拓扑是非常非常受欢迎的 它主要有以下原因 第一呢它是非常高效的 只要我们设置的好 在一定的负载范围内 它是可以实现 ZVS 同时因为电感电流是正弦波 所以呢它的EMI也是很低的 另外呢它的器件的应力也是很低的 接下来我们来整体看一下 CCM PFC + LLC 这个系统 对我们前级这个 CCM PFC 这个系统呢 它一方面能够提供一个 功率因数校正的一个作用 另一方面呢它为后级的 LLC 的输入 提供一个稳定的母线的母线电压 在这个这次设计中 我们整个系统采用 TI 公司 二合一的一个控制器 就是 UCC29950 来控制 PFC 和 LLC UCC29950 可以直接驱动 PFC 的 MOS 管 但是对于我们 LLC 这个 上下桥臂 Q1 和 Q2 我们可以选用 TI 公司的 UCC27714 这个驱动芯片来给 Q1、Q2 进行驱动 在 LLC 的副边，第一和第二 我们可以采用不控整流 选取两个 MOS 管 选取两个二极管 同时我们为了提高效率 我们可以采用同步整流 把 D1、D2 换成 MOS 管 同时结合 UCC24610 这个同步整流控制芯片 来对副边同步整流的管子来进行控制 LLC 的输出 它有两个很重要的一个特点就是 可以实现高效还有隔离输出 接下来我们对主功率拓扑的损耗 来进行一个分解 对 PFC 来说的话 它前级这个整流桥堆 这是第一部分的主要损耗 因为这个二极管 它的压降是到 1.4V 到 2V 之间 所以在低压满载的时候 它的导通损耗是非常大的 另外一部分呢 就是我们 PFC 这个主功率 MOS 管 它既包含有开关损耗 也有导通损耗 另外这个续流这个二极管 正如我们前面所说 因为它有很大的反向恢复损耗 所以呢，我们可以采用碳化硅二极管 来减少这个恢复损耗 但是它的导通损耗是避免不了的 从这个图中我们还要看到 其它损耗呢 就是比方说这个 PFC 电感 还有 EMI 滤波器 如果我们前面还有可能使用 NTC 电阻串在整个回路中间 这三部分 也会产生其他的额外的损耗 我们来看主功率 LLC 这个拓扑 它的损耗的一个分解 首先呢 D1、D2 副边这两个整流的二极管 我们可以选用肖特基二极管 也可以选用同步整流的 同步整流 MOS 管 加 UCC24610 同步整流控制器 来实现同步整流 第二部分损耗呢 就是变压器损耗 它包含磁芯损耗和铜损 第三部分呢 就是我们的主功率的管子 Q1、Q2 它一方面有传导损耗 另一方面有开关损耗 如果我们设计合理实现 可以实现 ZVS 的话 这个开关损耗是非常小的 谢谢大家