我们应该如何应对日益严苛的能效标准挑战

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我们应该如何应对日益严苛的能效标准挑战

来源: | 作者:proe0304c | 发布时间: 2017-12-20 | 3114 次浏览 | 分享到:

传统的环路控制方法是直接频率控制（DFC），它的控制策略是由补偿模块反馈产生一个门驱动信号合适的频率，通过开关频率的调整去调节频率调制模块的增益，进而获得所需的输出电压。这种方法历史悠久，但是由于它的补偿设计十分困难，通常需要有复杂的计算模型和反复迭代实验才能获得满意的效果。这对工程师来说是很大的挑战。因此，找到一种既简单又高效的环路控制方法就成了电源管理技术创新的焦点。

图3，传统的DFC直接频率控制电路

创新的混合滞回控制技术
为此，混合滞回控制技术（HHC）应运而生，这是一种结合了频率控制和充电控制的独特方案。根据测试数据，采用HHC技术的UCC256301瞬态响应速度提升了10倍。
HHC技术的工作原理见图4。共振电容电压V_CR从C1和C2组成的电容分压器中采样。V_CR与两个由门驱动信号控制的电流源相连。当V_CR节点上输入或输出电流时，一个三角形的补偿斜波叠加在这个节点电压上。

图4，HHC方案系统框图

我们将V_CR节点上正常模式下的电压定义为V_CM，将控制环路补偿输出的补偿电压定义为V_COMP，由这两个值确定两个开关逻辑阈值：V_THH和V_THL，它们的计算公式如下：

V_CR节点上电压会与上述两个逻辑阈值做比较，当V_CR电压高于V_THH时，高边的开关关闭，当V_CR电压低于V_THL时，低侧的开关关闭。HO和LO开关触发边沿就是由这个自适应电路来控制。

图5，HHC的控制策略

与传统的DFC方法相比，HHC的控制策略使用环路输出的控制量直接来控制变换器的输入功率，将由控制信号到输出电压的传递函数简化成一阶系统，这让补偿设计变得非常简单，同时让带宽大幅度提升。此外，控制效果直接与谐振回路输入电流相关，它具有固有的内在前馈，可以获得更出色的输入线瞬态响应。

新技术带来的改变
测试结果验证了HHC环路控制方案的“功力”。采用传统DFC技术的LLC转换器，带宽为1.75kHz，具有60°的相位裕度。从图6a中可以看到，当转换器相位裕度较好时，带宽却表现不佳。而采用HHC技术的LLC转化器，则可实现高达6kHz的带宽，相位裕度也达到了50°，能够满足快速瞬态响应的需要（见图6b）。

图6，采用DFC和HHC方法的转换器带宽和相位裕度比较

从瞬态响应的实际效果来看，图7a中显示采用DFC技术的LLC转换器，当输出电流突然增加时，输出电压出现了一个明显的下降，输出电压最大偏差超过了20%，而且需要2ms才能重新恢复到稳压状态。与之相对照，图7b中采用HHC技术的LLC转化器的瞬态响应能力显著提升，当负载发生从零到满载的瞬态突变，最大的输出电压偏差仅为1.25%，稳定时间也只需要200μs。

图7，采用DFC和HHC方法的转换器瞬态响应性能比较

HHC技术为LLC转换器带来的另外一个优化就是，不再需要大容值的输出电容，所以与DFC相比在最终电源系统外形尺寸和BOM优化上也能够更胜一筹。

更低待机功耗，从UCC256301开始
综上所述，正是由于采用了创新的HHC环路控制技术，TI最新推出的LLC控制器UCC256301实现了更为出众的瞬态响应特性，有了这样的瞬态响应能力UCC256301得以在深度突发模式下工作，进而优化整个电源系统的待机功耗，让开发者能够轻松应对日益严苛的acdc电源模块应用能效标准的挑战。这就是UCC256301“更省电”的秘诀所在。
因此UCC256301可以广泛适用于包括数字电视、游戏适配器、台式电脑和笔记本电脑适配器，以及电动工具电池充电器在内的产品领域。实际设计中，工程师还可将UCC256301与TI功率因数校正(PFC)控制器和同步整流(SR)控制器配对使用，以提高系统效率。我们可以来看看以下几个参考设计实例。
图8所示的参考设计是一个24V直流输出、额定功率480W、峰值功率720W的acdc电源模块工业电源参考设计，可在85~265 VAC宽电压输入范围内提供电能转换传输。该设计包括一个前端的PFC电路和一个高可靠的LLC级——LLC控制器采用的就是UCC256301——在宽负载范围内的效率能够达到93.5%以上，加之LLC控制器具备内置保护功能，使设计更加可靠，可在没有任何强制冷却机制的条件下工作。