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数字高效率交流转直流谐振拓扑电源方案
来源:Arrow 发布:2021/11/30 浏览量:1000

NXP最新推出了一款高智能化、高效率、高可靠性的交流转直流谐振拓扑电源方案:TEA2209+TEA2017+TEA2095。

电源是现代生活中必不可少的,生活上的设备都离不开电,用电就必须要有配套的供电设备。开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源,一般由脉冲宽度调制 (PWM) 控制IC和MOSFET构成。

 

开关电源是相对线性电源说的,其输入端直接将交流电整流变成直流电,再在高频震荡电路的作用下,用开关管控制电流的通断,形成高频脉冲电流。在电感(高频变压器)的帮助下,输出稳定的低压直流电。由于变压器的磁芯大小与开关电源工作频率的平方成反比,频率越高铁心越小。这样就可以大大减小变压器,使电源减轻重量和体积。

 
社会对用电的需求越来越大,如何做到节能减排,可以看看NXP最新的电源方案是如何做到更高效、智能化的。
 
NXP最新推出了一款高智能化、高效率、高可靠性的交流转直流谐振拓扑电源方案:TEA2209+TEA2017+TEA2095,整体方案的框图如下。

图1 整体方案的框图

 

1. 交流输入整流桥的控制IC TEA2209可以同时控制4颗MOSFETs来替换输入整流桥堆,以降低输入整流桥的损耗提高整机效率并且IC具有低功耗(2mW)、高PF值等特点。
 
2. 交流转直流功率变换部分的控制IC TEA2017是集成了PFC和LLC的控制方案,封装是SO16,是一颗数字控制IC,因此可以简化IC周围的参数。其中PFC是多模式选择的控制方式的(DCM、CRM、CCM),所以可以应用在100W~1000W的电源项目上,具有高效率,高PF值,低THD,低待机功耗等特点,TEA2017可以满足能源之星的效6级能效要求。PFC控制方式为相移的正弦波整形平均电流模式控制。通过移相控制后使得输入电流可以很好的跟踪输入电压,所以PF值有很大的提高,THD也有明显的改善。如下图2 是输入电流和电压的波形,图3 是与其他产品的THD对比数据。

图2 输入电流与电压

 

图3 THD对比曲线

 
3. LLC具有多模式的工作状态,BM,LP和HP模式,BM和LP工作模式可以提高整机的轻载效率。由于谐振腔回路中谐振电容上的电压与输出功率是正比例关系的,所以通过采样谐振电容电压来控制LLC的驱动,通过cycle by cycle的控制方式来实现对输出功率的控制,所以这种控制方式有比较好的输出动态响应,并且通过采样LLC谐振腔中点电压斜率来控制驱动来避免进入容性区,所以TEA2017是没有限制LLC的最低频率的,设计更灵活。图4 LLC控制模式。

图4  LLC控制模式
 
 
4. 输出同步整流IC TEA2095是一颗同时可以驱动两个MOSFETs的自适应高效门级驱动IC,可以根据输出负载调整驱动电压,提升轻载效率。如下图5。

图5 SR的驱动方案
 
 

在用NXP TEA2209+TEA2017+TEA2095电源方案设计项目时,还有一些事项需要注意的:

  • 由于NXP的电源方案的待机功率非常小,IC的静态电流和一些电压及电流采样信号也比较小,所以电压和电流采样端子非常容易被干扰,因此在PCB Layout时需要注意采样信号的走线尽量短小并且要避开高频功率回路。

  • 由于TEA2209驱动MOSFETs替换整流桥的,所以驱动信号是工频的,并且是直接与输入电压连接,需要承受一部分浪涌信号的。所以在选择MOSFETs时最好选用耐冲击电流比较大的平面工艺的低频管子。

  • 由于TEA2017是一颗集成PFC和LLC的方案,因此布局的时候要同时兼顾PFC和LLC的功率回路,所以需要注意PFC的采样信号地与LLC的采样信号地要区分开连接到IC地再一起连接到BUCK电容地。

 
结论
 

TEA2017是一款内置一个MCU的数字电源控制IC,里面集成了很多配置可以提供给客户选择,或者应用默认的配置。所以IC外围参数比较精简,简化客户项目的开发时间和提高项目效率,缩短客户项目开发周期。

 

TEA2017电源方案的应用场合比较宽广,可以应用在100W~1400W范围内功率段的电源,如TV电源,PC电源,LED Lighting,工控电源,服务器电源,音箱电源等产品。如需要进一步了解NXP TEA2017电源完整方案或需要申请技术支持,请联系我们。

 

数字电源 NXP
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