1.2 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

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