記得在這里分享的第一部專題是講解LLC諧振變換器的工作原理、表達式推導和硬件實戰(zhàn)，可以講LLC諧振變換器是本人第一次接觸電源。時間如梭，一晃已經過去4年了，不知不覺這已加入星球創(chuàng)作第3年，感謝一路走來各位道友的支持！
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前情回顧
本專題共10節(jié)，主要講述了LLC模態(tài)分析、增益/阻抗特性的詳細推導過程、仿真驗證及實戰(zhàn)調試。
本部分主要包括兩節(jié)
- 1、NPC1397諧振控制器內部電路架構解讀 （更新時間：22/03/19）
- 2、基于NPC1397的半橋LLC諧振電源方案 （預計更新：22/04/02）
NCP1397是Onsemi推出的一款內部集成600V柵極驅動器應用于半橋式諧振拓撲的電源控制器。工作頻率范圍寬（50kHz~500kHz），死區(qū)時間可調，具有OTP和OVP等功能。電源芯片引腳介紹如圖1所示，內部邏輯如圖2所示。
圖1 引腳介紹
圖2 NCP1397內部電路架構
- ⑴ 軟啟動電容放電：在啟動前或過載情況下復位電容。
- ⑵ 最大頻率限制：通過2腳對地接電阻值來限制最大工作頻率。精度±12%。在空載，輸入電壓最大時，當x（歸一化頻率）加大到一定程度在增益上有一個極限。當x趨于無窮大時，增益會趨向于一個值，
，一旦增益到達一個較小值（這個值比極限增益更小時），這個頻率會一直增大，但是最終也達不到想要的增益，所以設定一個最大工作頻率，瞬態(tài)超出了正常工作范圍，如果干擾消除，環(huán)路會把頻率調回正常值，這時響應就會比較慢。
- ⑶ 故障延遲引腳：反饋引腳反饋電壓高于某一個值，當檢測到故障之后，通過對電容充電來定時，對保護電路故障延遲，對地接電容和電阻，電容用來延遲（當過流的時候芯片內部會觸發(fā)一個恒流源給電容充電），電阻用來復位電容。
- ⑷ 最小頻率限制：通過4腳對地接電阻值來限制最小工作頻率。當Vfb=1V時，限制最小工作頻率。
- ⑸ 電壓保護：輸入過壓和欠壓閾值保護，外部接分壓電阻，若下分壓電阻上電壓低于VBO，電源保護；下分壓電阻高于Vlatch，電源保護（鎖死）。若電路帶PFC，外部分壓后引腳電壓很穩(wěn)定，這時不存在電壓保護，所以電壓采樣應放在整流橋之前。
- ⑹ 電壓反饋：原邊+副邊(灌電流) TL431+PC817。 輸出功率越低，電壓就會上升，光耦發(fā)光二極管LED電流越大，光耦副邊電流上升，反饋引腳電壓上升，反之，負載加重，反饋引腳電壓下降。
- ⑺ 死區(qū)時間設置：7引腳對地放置電阻，若無死區(qū)，輸入電壓直接接地短路。該死區(qū)時間必須滿足最惡劣工況滿足軟開關。
- ⑻ 跳頻設置：降低功耗（比如在空載或輕載情況下啟動）。一段時間由芯片工作給輸出供電，給輸出電容補充能量，由于功率特別小，可以關閉一段時間。
- ⑼ Fault過流保護：9腳過電流保護。兩個閾值，一個比較低的閾值控制一般故障1，是芯片保護，開啟故障延遲電流，延遲保護，故障2更高的閾值，控制器禁止。
- ⑽ GND：芯片外圍電路和芯片接地引腳的地在layout時全部接在VCC電容地上，VCC電容的地在單獨連接在大電容的地。這樣就實現(xiàn)了單點接地，抗干擾能力強。
- ⑾ 低邊PWM輸出：50%占空比，上下橋臂互補輸出，門極驅動開通時經過驅動電阻（限流），開通太快時，有很大的dv/dt,關斷太快時，經過二極管和電阻（限流），關斷時有很大的di/dt。
- ⑿ VCC：電源啟動，穩(wěn)態(tài)供電，限制最大電壓；啟動電阻：用多個1206封裝電阻，電阻有耐壓和功率要求；啟動電容：用電解電容；啟動后到繞組供電時間間隔內，大部分能量由啟動電容提供；芯片啟動后，所需電流較大，啟動電阻無法承受，必須有輔助繞組供電；為了保護芯片，供電電壓不能超過20V，需做一個線性穩(wěn)壓電源。
- ⒀ NC
- ⒁ HB半橋中點：保證上橋驅動有壓差，需要自舉驅動。
- ⒂ 高邊PWM輸出
- ⒃ Vboot自舉：下管開通時上管是關斷的，上管的源極s是被接地的，此時VCC為自舉電容充電；在下半個周期，上管開通下管關斷時，給芯片上驅動腳提供一個浮動的高電平。自舉充電時二極管需串聯(lián)一個0歐姆電阻。
NCP1397諧振控制器內部集成壓控振蕩器，通過反饋引腳電壓變化，調節(jié)開關管的工作頻率。VCO部分允許工作在100kHz~1MHz。然而，由于內部由D觸發(fā)器產生兩個Q和/Q輸出，輸出Mlower和Mupper的最終有效信號在50kHz~500kHz之間變化。VCO的配置方式是如果反饋引腳電壓升高，開關頻率也隨之升高。電路架構如圖3所示。
圖3 VCO電路架構
VCO輸出頻率與反饋引腳電壓關系如圖4所示。
圖4 VCO頻率與電壓關系
諧振參數是LLC諧振電源設計的關鍵，通常根據已知電源指標進行參數計算，計算完成后，常通過軟件對參數進行理論驗證，驗證參數合理才進行硬件開發(fā)。仿真過程中往往需要搭建閉環(huán)模型，可以通過多種方法實現(xiàn)VCO的功能（LLC專題中介紹了3種VCO的實現(xiàn)方法）。其中函數法是最易實現(xiàn)的一種方法。
作者介紹
碩士在讀（電力電子與電力傳動），主要從事高頻DC-DC變換器設計與開發(fā)(LLC諧振變換器、DAB變換器)，熟悉PSIM、Maple、MathCAD。
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