技術(shù)干貨 | LLC 拓?fù)涮嵘β拭芏群涂煽啃?/h1>
汽車電源設(shè)計(jì)人員必須選擇拓?fù)浜涂刂破鳎藵M足外形和效率等規(guī)格要求外，還需滿足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織 26262 確定的汽車安全完整性等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。過(guò)去，設(shè)計(jì)人員使用在半橋拓?fù)渲信渲玫暮?jiǎn)單模擬脈寬調(diào)制 (PWM) 控制器。但是，對(duì)于需要高級(jí)保護(hù)或更高效率的系統(tǒng)， PWM 控制器無(wú)法滿足要求 。
全新的混合動(dòng)力汽車或電動(dòng)汽車 (EV) 需要更高的功率密度、輕負(fù)載性能和更高的可靠性，從而更大限度地延長(zhǎng)續(xù)航里程和提高安全性，鼓勵(lì)設(shè)計(jì)人員探索用于動(dòng)力總成系統(tǒng)（例如輔助、冗余、分布式和區(qū)域模塊）的新型架構(gòu)。為了減少排放，摩托車、高爾夫球車、叉車甚至割草機(jī)制造商正在投資購(gòu)買電壓更高的電池組、電動(dòng)模型和充電基礎(chǔ)設(shè)施。輕型電動(dòng)汽車 (LEV) 設(shè)計(jì)人員需要能夠 提供高功率密度但不影響成本或可靠性的產(chǎn)品 。
與基于 PWM 控制器的半橋轉(zhuǎn)換器相比，由于配有固有的諧振和零電壓開關(guān) (ZVS)， 電感器-電感器-電容器 (LLC) 拓?fù)淇梢蕴峁└玫男屎碗姶偶嫒菪?(EMC) 。但是，盡管 UCC25661 (Q1) 等 LLC 控制器的技術(shù)創(chuàng)新為汽車和 EV 充電應(yīng)用中的 提供了新的用例 。在電動(dòng)汽車中，LLC 拓?fù)淇捎糜谌哂唷⑤o助、區(qū)域模塊或關(guān)閉電源。在 LEV 中，LLC 拓?fù)淇捎糜诎遢d直流/直流轉(zhuǎn)換器或非車載充電器/適配器。在這些應(yīng)用中，為了最大限度地延長(zhǎng)車輛續(xù)航里程和節(jié)省成本，必須 提高效率和減小尺寸 ，尤其是在車輛中分布了多個(gè) LLC 轉(zhuǎn)換器的情況下，具體的區(qū)模塊如 圖 1 所示。
圖 1：區(qū)域架構(gòu)
使用 LLC 拓?fù)湓谄囅到y(tǒng)中
實(shí)現(xiàn)更高的功率密度
磁性元件通常決定了隔離式電源的尺寸和重量。尺寸與開關(guān)頻率成反比，因?yàn)橐怨潭ㄝ敵龉β试诿總€(gè)開關(guān)周期中需要存儲(chǔ)或輸送的能量更少。
UCC25661-Q1 LLC 控制器中的 750kHz 諧振頻率有助于縮小磁性元件的尺寸和重量 ，從而節(jié)省成本并提高可靠性。在車輛中分布的許多 LLC 轉(zhuǎn)換器強(qiáng)化了使用更小、更輕的磁性元件的優(yōu)勢(shì)。
PWM 控制器能支持高頻運(yùn)行，但其硬開關(guān)特性意味著在沒有大型 EMI 濾波器的情況下，要符合 EMI 限制要求（例如國(guó)際無(wú)線電干擾特別委員會(huì) (CISPR) 25中規(guī)定的 EMI 限制）可能具有挑戰(zhàn)性。LLC 控制器具有固有的軟開關(guān)特性，這是因?yàn)樗鼈冊(cè)诠β始?jí)中具有一個(gè)諧振回路。因此，與硬開關(guān)半橋拓?fù)湎啾龋?nbsp;LLC 拓?fù)洚a(chǎn)生的傳導(dǎo) EMI 和開關(guān)損耗更少 。
圖 2 說(shuō)明了硬開關(guān)和軟開關(guān) (ZVS) 之間的差異。
圖 2：半橋 PWM 控制器與 LLC 控制器之間開關(guān)事件的示例波形
借助 IPPC 解鎖新用例
UCC25661-Q1 LLC 控制器包括 TI 的輸入功率比例控制 (IPPC) ，可 支持電池充電 （輕量 EV 適配器，充電站或輔助電源） 等寬輸出電壓應(yīng)用 。 IPPC 還支持電動(dòng)汽車中電池供電型直流/直流系統(tǒng)的寬輸入電壓應(yīng)用 。LEV 正從 12V 到 36V 的低壓電池組過(guò)渡到 48V 甚至高于 96V 的更高電壓，從而更大限度地?cái)U(kuò)大續(xù)航里程。
支持寬輸出電壓范圍，工程師能夠 設(shè)計(jì) LLC 轉(zhuǎn)換器 ，避免在電池電壓較低時(shí)進(jìn)入突發(fā)模式，從而 延長(zhǎng)電池壽命 。在調(diào)優(yōu)突發(fā)模式性能穩(wěn)定性時(shí)， IPPC 還會(huì)縮短開發(fā)時(shí)間 。 UCC25661-Q1 中的 IPPC 能大幅降低控制器的供電開關(guān)頻率，從而能突破 LLC 控制律的傳統(tǒng)限制。這樣做可以讓工程師避免在車內(nèi)和車外電池應(yīng)用中出現(xiàn)不必要的過(guò)載保護(hù)。
當(dāng)禁用功率因數(shù)校正而不觸發(fā)過(guò)載功率限制時(shí)， IPPC 還能更有效地提供功率 。混合突發(fā)模式不僅可以更大限度地降低可聽得見的噪聲，還可以改善輕負(fù)載和空載性能，這對(duì)于防止電池耗盡非常重要。
UCC25661-Q1 具有強(qiáng)大的保護(hù)功能 ，例如預(yù)偏置啟動(dòng)、軟啟動(dòng)和電容區(qū)規(guī)避功能，這些功能有助于實(shí)現(xiàn)高度可靠的電源設(shè)計(jì)。
通過(guò)集成功能簡(jiǎn)化和保護(hù)電源單元
UCC25661-Q1 的 自適應(yīng)軟啟動(dòng)功能可穩(wěn)定并緩慢斜升其電源電壓 ，從而使連接到 VDD 引腳的電容器在啟動(dòng)之前充滿電，并保護(hù)電源免受過(guò)大的浪涌電流的影響。
根據(jù)負(fù)載條件，使用 LLC 控制器的電源轉(zhuǎn)換器可在電容或諧振區(qū)域工作。在電容區(qū)運(yùn)行可能會(huì)對(duì)功率級(jí)造成災(zāi)難性損壞。雖然大多數(shù) LLC 控制器在檢測(cè)到電容區(qū)運(yùn)行情況后可以停止運(yùn)行，但 UCC25661-Q1 具有電容區(qū)規(guī)避功能，可終止柵極驅(qū)動(dòng)，從而防止損壞 。
結(jié)語(yǔ)
電動(dòng)汽車依靠 LLC 拓?fù)涞雀綦x式電源拓?fù)涞母倪M(jìn)和 IPPC 等控制方法來(lái)定義直流/直流轉(zhuǎn)換器，支持下一代架構(gòu)?；?nbsp;UCC25661-Q1 LLC 控制器的隔離式直流/直流轉(zhuǎn)換器 可在相同或更小的外形尺寸內(nèi)更高效地提供功率，同時(shí)保持性能 。
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汽車電源設(shè)計(jì)人員必須選擇拓?fù)浜涂刂破鳎藵M足外形和效率等規(guī)格要求外，還需滿足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織 26262 確定的汽車安全完整性等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。過(guò)去，設(shè)計(jì)人員使用在半橋拓?fù)渲信渲玫暮?jiǎn)單模擬脈寬調(diào)制 (PWM) 控制器。但是，對(duì)于需要高級(jí)保護(hù)或更高效率的系統(tǒng)， PWM 控制器無(wú)法滿足要求 。
全新的混合動(dòng)力汽車或電動(dòng)汽車 (EV) 需要更高的功率密度、輕負(fù)載性能和更高的可靠性，從而更大限度地延長(zhǎng)續(xù)航里程和提高安全性，鼓勵(lì)設(shè)計(jì)人員探索用于動(dòng)力總成系統(tǒng)（例如輔助、冗余、分布式和區(qū)域模塊）的新型架構(gòu)。為了減少排放，摩托車、高爾夫球車、叉車甚至割草機(jī)制造商正在投資購(gòu)買電壓更高的電池組、電動(dòng)模型和充電基礎(chǔ)設(shè)施。輕型電動(dòng)汽車 (LEV) 設(shè)計(jì)人員需要能夠 提供高功率密度但不影響成本或可靠性的產(chǎn)品 。
與基于 PWM 控制器的半橋轉(zhuǎn)換器相比，由于配有固有的諧振和零電壓開關(guān) (ZVS)， 電感器-電感器-電容器 (LLC) 拓?fù)淇梢蕴峁└玫男屎碗姶偶嫒菪?(EMC) 。但是，盡管 UCC25661 (Q1) 等 LLC 控制器的技術(shù)創(chuàng)新為汽車和 EV 充電應(yīng)用中的 提供了新的用例 。在電動(dòng)汽車中，LLC 拓?fù)淇捎糜谌哂唷⑤o助、區(qū)域模塊或關(guān)閉電源。在 LEV 中，LLC 拓?fù)淇捎糜诎遢d直流/直流轉(zhuǎn)換器或非車載充電器/適配器。在這些應(yīng)用中，為了最大限度地延長(zhǎng)車輛續(xù)航里程和節(jié)省成本，必須 提高效率和減小尺寸 ，尤其是在車輛中分布了多個(gè) LLC 轉(zhuǎn)換器的情況下，具體的區(qū)模塊如 圖 1 所示。
圖 1：區(qū)域架構(gòu)
使用 LLC 拓?fù)湓谄囅到y(tǒng)中
實(shí)現(xiàn)更高的功率密度
磁性元件通常決定了隔離式電源的尺寸和重量。尺寸與開關(guān)頻率成反比，因?yàn)橐怨潭ㄝ敵龉β试诿總€(gè)開關(guān)周期中需要存儲(chǔ)或輸送的能量更少。
UCC25661-Q1 LLC 控制器中的 750kHz 諧振頻率有助于縮小磁性元件的尺寸和重量 ，從而節(jié)省成本并提高可靠性。在車輛中分布的許多 LLC 轉(zhuǎn)換器強(qiáng)化了使用更小、更輕的磁性元件的優(yōu)勢(shì)。
PWM 控制器能支持高頻運(yùn)行，但其硬開關(guān)特性意味著在沒有大型 EMI 濾波器的情況下，要符合 EMI 限制要求（例如國(guó)際無(wú)線電干擾特別委員會(huì) (CISPR) 25中規(guī)定的 EMI 限制）可能具有挑戰(zhàn)性。LLC 控制器具有固有的軟開關(guān)特性，這是因?yàn)樗鼈冊(cè)诠β始?jí)中具有一個(gè)諧振回路。因此，與硬開關(guān)半橋拓?fù)湎啾龋?nbsp;LLC 拓?fù)洚a(chǎn)生的傳導(dǎo) EMI 和開關(guān)損耗更少 。
圖 2 說(shuō)明了硬開關(guān)和軟開關(guān) (ZVS) 之間的差異。
圖 2：半橋 PWM 控制器與 LLC 控制器之間開關(guān)事件的示例波形
借助 IPPC 解鎖新用例
UCC25661-Q1 LLC 控制器包括 TI 的輸入功率比例控制 (IPPC) ，可 支持電池充電 （輕量 EV 適配器，充電站或輔助電源） 等寬輸出電壓應(yīng)用 。 IPPC 還支持電動(dòng)汽車中電池供電型直流/直流系統(tǒng)的寬輸入電壓應(yīng)用 。LEV 正從 12V 到 36V 的低壓電池組過(guò)渡到 48V 甚至高于 96V 的更高電壓，從而更大限度地?cái)U(kuò)大續(xù)航里程。
支持寬輸出電壓范圍，工程師能夠 設(shè)計(jì) LLC 轉(zhuǎn)換器 ，避免在電池電壓較低時(shí)進(jìn)入突發(fā)模式，從而 延長(zhǎng)電池壽命 。在調(diào)優(yōu)突發(fā)模式性能穩(wěn)定性時(shí)， IPPC 還會(huì)縮短開發(fā)時(shí)間 。 UCC25661-Q1 中的 IPPC 能大幅降低控制器的供電開關(guān)頻率，從而能突破 LLC 控制律的傳統(tǒng)限制。這樣做可以讓工程師避免在車內(nèi)和車外電池應(yīng)用中出現(xiàn)不必要的過(guò)載保護(hù)。
當(dāng)禁用功率因數(shù)校正而不觸發(fā)過(guò)載功率限制時(shí)， IPPC 還能更有效地提供功率 。混合突發(fā)模式不僅可以更大限度地降低可聽得見的噪聲，還可以改善輕負(fù)載和空載性能，這對(duì)于防止電池耗盡非常重要。
UCC25661-Q1 具有強(qiáng)大的保護(hù)功能 ，例如預(yù)偏置啟動(dòng)、軟啟動(dòng)和電容區(qū)規(guī)避功能，這些功能有助于實(shí)現(xiàn)高度可靠的電源設(shè)計(jì)。
通過(guò)集成功能簡(jiǎn)化和保護(hù)電源單元
UCC25661-Q1 的 自適應(yīng)軟啟動(dòng)功能可穩(wěn)定并緩慢斜升其電源電壓 ，從而使連接到 VDD 引腳的電容器在啟動(dòng)之前充滿電，并保護(hù)電源免受過(guò)大的浪涌電流的影響。
根據(jù)負(fù)載條件，使用 LLC 控制器的電源轉(zhuǎn)換器可在電容或諧振區(qū)域工作。在電容區(qū)運(yùn)行可能會(huì)對(duì)功率級(jí)造成災(zāi)難性損壞。雖然大多數(shù) LLC 控制器在檢測(cè)到電容區(qū)運(yùn)行情況后可以停止運(yùn)行，但 UCC25661-Q1 具有電容區(qū)規(guī)避功能，可終止柵極驅(qū)動(dòng)，從而防止損壞 。
結(jié)語(yǔ)
電動(dòng)汽車依靠 LLC 拓?fù)涞雀綦x式電源拓?fù)涞母倪M(jìn)和 IPPC 等控制方法來(lái)定義直流/直流轉(zhuǎn)換器，支持下一代架構(gòu)?；?nbsp;UCC25661-Q1 LLC 控制器的隔離式直流/直流轉(zhuǎn)換器 可在相同或更小的外形尺寸內(nèi)更高效地提供功率，同時(shí)保持性能 。
評(píng)論