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通嘉LD7798X/LD7797X高功率小型化PFC PWM集成控制器之应用

2024-02-28 08:29:46 曾昭辉, 蔡义传 阅读:
此篇文章探讨LD7798X/LD7797X产品,采用SOP-16封装IC,适合75~140W高频化,小型化PD产品,拥有快速启动、低功耗、高效率等优点,通嘉坚持一贯高质量、高性能的传统,同时拥有健全的保护功能,能够在异常发生时实时的保护,构建稳定系统。

基于USB-C标准接口普及带来的USB PD充电技术的快速发展,USB PD充电器发展也从最初的18W、30W、65W,慢慢攀升到USB PD标准最高的20V5A 100W(PD3.0),2021年USB-IF 推出 PD3.1 新标准,物理接口仍然为 USB-C 通用性不变,在原有PD3.0的基础上新增的 28V、36V、48V 三个扩展电压档位,输出最大电流维持5A,USB PD3.1是非常有野心的标准升级,把USB PD的应用由传统的手机和笔记本电脑供电,扩充到便携式设备、物联网设备、智能家居、通信和安防设备、汽车和医疗等领域,让USB PD将成为真正大一统的供电标准,对地球环保、减少电子垃圾,万物互联起到重要的推动作用,通嘉科技紧跟PD充电标准步伐,针对PD3.1高功率,高电压,小型化 PD产品,推出LD7798X/LD7797X PFC PWM集成控制器。2QWednc

LD7798X/LD7797X是通嘉第四代PFC PWM集成控制器2QWednc

通嘉科技LD779X系列为主动式PFC与PWM集成控制IC,PFC操作为Transition Mode模式,PWM为返驰式变换器(Flyback Converters)架构,操作在准谐振(Quasi Resonant)模式,两者的操作模式皆可以减少切换损失(Switching Loss),可以进一步提高效率2QWednc

LD7790X/LD7791X/LD7792X是通嘉前三代PFC PWM集成控制器,主要应用在单路输出的Adapter,Lighting,LD7798X/LD7797X是通嘉的第四代PFC PWM集成控制器,主要应用在多路输出高功率,小型化PD 2QWednc

LD7790/1/2X跟LD7798X电路区别2QWednc

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第四代PFC Flyback集成控制器LD7798X对比前三代区别如下:2QWednc

Vin-Vcc 电压调整,Vin最大电压150V,Vcc电路精简,多路输出PD应用可节省Vcc LDO 组件2QWednc

PFC ZCD信号不需要绕组来检测,可以节省PFC电感上ZCD侦测绕组2QWednc

增加第二级PFC OVP保护功能,如果第一级PFC OVP在高湿,受潮时候,OVP失效,另一个Pin脚OVP就会做第二级保护动作,保护系统,使系统更稳定2QWednc

Flyback 内含多条降频曲线,通过VFBAUX检测输出电压Vo来设定PWM降频曲线,优化各组输出电压效率, 输出纹波等2QWednc

Constant current operation (CCO)技术(Patenting),OCP 量产误差量由+/-20%缩减到+/-10%提高OCP量产精度,OCP设计与电感的误差量无关2QWednc

LD7798X在PD上的应用2QWednc

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LD7798X可以搭配SR LD852X系列,协议LD66XX系列做PD产品的应用,适用功率75W-140W2QWednc

LD7798X是SOT-16封装,保护功能相当齐全,包含PFC UVP、PFC OVP1、PFC OVP2、FB OVP、FB OCP、BNI、BNO、OTP、OLP、OSCP….等等2QWednc

LD7798X的功能以及应用说明2QWednc

Pin 1  Vin: 2QWednc

辅组绕组接入脚Vin,输入电压最高可以到150V,适用于PD3.0/PD3.1宽电压输出的应用,可以节省外部LDO电路2QWednc

Pin 3  Vcc:VCC OVP功能2QWednc

Vcc内部自带LDO,Vin-Vcc电压通过内部LDO维持在16.5V,当VCC电压大于30V会触发OVP保护,IC保护,停止打驱动 2QWednc

Pin 4  FBCOMP:PWM最大工作频率,PWM Burst mode(突发模式)2QWednc

当VFBCOMP=2.6V, VFBAUX,SH=4V,PWM操作在最大工作频率130K2QWednc

当VFBCOMP=1.4V, VFBAUX,SH=4V,PWM操作在Green mode 25K2QWednc

当VFBCOMP=0.4V(Burst mode 门槛电压),PWM进入Burst mode,驱动停打,当VFBCOMP拉回到0.5V,退出Burst mode,PWM重新打驱动2QWednc

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Pin 5  FBAUX:OVP,AUX OPEN,UVP功能2QWednc

Flyback AUX OVP:当FBAUX平台电压(PWM MOS OFF)大于5.4V,6 cycle后驱动停打,输出保护2QWednc

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Flyback AUX OPEN:当IFBAUX小于13uA(PWM MOS ON),6 cycle后驱动停打, Vcc打嗝重启2QWednc

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FBAUX UVP:当FBAUX平台电压<0.4V,触发FBAUX UVP保护,驱动停打,输出保护2QWednc

Pin 6  Latch: OTP功能2QWednc

对地串联一颗NTC电阻,温度升高NTC阻值下降,当NTC阻值跟Pin脚电流源(Ilatch=80uA)乘积小于1.25V,IC驱动停打,当电压Vlatch拉回到1.35V后,退出保护,重新打驱动2QWednc

Vlatch=80uA*Rntc 2QWednc

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Pin 7 PFCCOMP;PFC最大工作频率,PFC最小工作频率2QWednc

当VPFCCOMP=3V,PFC操作在最大频率400K,当VPFCCOMP=1.1V,PFC操作在最小频率30K2QWednc

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Pin 8 SET:PFC ON/OFF功能2QWednc

VSET电压可以由串联对地电阻跟源极电流乘积设定,并与VFBCOMP电压做比较来设定PFC开启关闭动作点,让轻载、空载下PFC关闭来提升效率及降低功耗,让系统效率更优。VSET电压也加入迟滞功能避免同一负载点PFC开开关关现象产生,以下是PFC ON/OFF在100W PD应用中20V输出效率比较2QWednc

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PFC ON/OFF也可以通过外部来控制,如果SET Pin被拉低,PFC将立即打开2QWednc

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Pin 9  PFCSNS: PFC Vo Control,PFC OVP1,Dynamic OVR/UVR功能2QWednc

PFC Vo Control: 2QWednc

经由外部分压电阻设定输出电压,输入为低电压下PFCSNS内部会吐出一个10uA电流,使得PFC输出电压较低,形成High/Low line输出电压会有所不同,其目的是可以优化系统整体效率。2QWednc

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PFC OVP1: PFCSNS > VPFC,OVP1 (H/L Line=2.675V/2.75V)2QWednc

当PFCSNS>VPFC,OVP1将触动OVP1机制并将PFCDRV功能关断,直到 2QWednc

PFCSNS < VPFC,OVP1 - VPFC,OVP1HYST  (2.5V) 才再次启动2QWednc

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Dynamic OVR/UVR2QWednc

在输出动态测试的时候,由于负载会瞬间变大变小,PFC需要配合负载变化而变化维持输出电压稳定,2QWednc

当PFCSNS> 2.700V (L Line) ,PFCSNS> 2.625V (H Line) ,触发PFC OVR,PFC工作在LEB频率维持在30K,PFCSNS电压下降,下降到2.625-0.125=2.5V,驱动重启2QWednc

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当PFCSNS< 2.3V, IPFCCOMP会吐出一个200uA的电流,这时候VPFCCOMP会被抬高,工作频率跟着变高,从而把VPFCSNS电压抬高,直到2.3+0.15=2.45V,IPFCCOMP停止吐电流2QWednc

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Pin 10 FBCS:  Flyback OCP Detect,FBCS SHORT功能2QWednc

Flyback OCP Detect:2QWednc

有关输出电流的参数IC内建固化,影响OCP电流参数变少,只跟变压器圈比,Rcs电阻大小有关,OCP精度大大提高2QWednc

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(0.5*VFBCS,PK*Tdis/TS) is limit as VCS,CC to 0.2V or 0.22V2QWednc

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FBCS SHORT当VFBCS,PK < VFBCS,SC (0.06V) @TON,FB = 6us,4个Cycle触发保护2QWednc

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Pin 11  PFCCSZCD: PFC OVP2,PFC ZCD侦测功能2QWednc

PFCCSZCD > VPFC,OVP2 (2.675V) (PFC MOS OFF)时 ,延迟96个Cycle后触发保护,PFC驱动间歇打2QWednc

PFCCSZCD < VPFC,OVP2 - VPFC,OVP2HYST  (2.5V) ,保护清除,PFC开始打驱动2QWednc

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LD7798X不需要PFC电感辅组绕组,PFC ZCD信号是通过PFC MOS上并联的RC来侦测2QWednc

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当PFC MOS ON时候,PFCCSZCD检测电流信号,当PFC MOS OFF的时候,PFCCSZCD检测电压波形,VPFCCSZCD波形跟VRCSPFC波形重合为佳2QWednc

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Pin 14  FBDRV: Soft Driving功能2QWednc

当VFBDRV=0~7V,驱动电流高,当VFBDRV=7~12V,驱动电流低2QWednc

通过不同的驱动电阻使Vgs在MOS的米勒平台周围平稳上升,实现软驱动,降低SR MOS的尖峰电压2QWednc

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Pin 13  HV: High Voltage Startup, BNO, BNI, H/L Detect, X-Cap Discharge功能2QWednc

High Voltage Startup:当输入导通后高压启动线路会对VCC电容充电,当电压达到UVLO(on)之后,高压启动线路将会关闭以下启动路径的功耗,让系统在空载下整体功耗降到最低,容易的满足法规要求。2QWednc

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BNO/BNI:BNO=93.8VDC ,BNI=106VDC2QWednc

内建BNI、BNO避免输入电压过低时系统还在运作,可降低变压器饱和、零件温度过高等潜在危险性2QWednc

H/L Detect:VHV,HL=219VDC,VHV,LL=212.5VDC2QWednc

Low → High Line:当VHV > VHV,HL,3个Cycle后切换到H Line2QWednc

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Hight → Low Line:VHV < VHV,LL,延迟TDLL后切换到L Line2QWednc

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X-Cap Discharge:  AC Off2QWednc

当AC输入断开后HV pin会吸入一个电流将X-Cap上的能量放掉以符合安规要求,所以不需外2QWednc

加将X-Cap能量泄放掉的泄放电阻,让空载的能耗近一步降低。2QWednc

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LD7798X PD 100W Demo Board设计范例

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效率测试

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LD7797X和LD7798原理图对比和主要区别

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主要区别如下:2QWednc

LD7797X是推Gan的应用,PFC, Flyback驱动电压6V,可以直接驱动E-Mode的Gan2QWednc

LD7798X PFC, Flyback驱动电压是12V,主要搭配Cool MOS,平面MOS,2QWednc

因为Gan的Ciss较小,LD7797X驱动能力也相应下修,适配Gan的应用,避免驱动太快导致的系统应力问题2QWednc

Flyback部分,LD7798X工作频率最高130K,LD7797X最高到200K,PFC工作频率一样2QWednc

PFC ZCD侦测部分,LD7797X使用辅组绕组侦测,LD7798X使用PFC MOS ON/OFF信号侦测2QWednc

LD7797X在PD上的应用

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LD7797X可以搭配SR LD852X系列,协议LD66XX系列做PD产品的应用,驱动搭配E-mode Gan2QWednc

主打高功率,小型化,也适合PD3.1高压输出的应用2QWednc

LD7797X跟LD7798X区别和功能说明

PFCDRV,FBDRV:驱动电压补偿2QWednc

在栅极驱动高电平上施加电压补偿 ,为了避免在PFCCS/FBCS最大值时Vg-Vs过低2QWednc

而造成的Gan的损坏2QWednc

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PFC ZCD侦测:辅组绕组侦测2QWednc

从PFCAUX检测ZCD振铃信号,辅组绕组对PFCAUX串联一个电阻来设置PFCAUX电流,建议设置电流在1mA以内2QWednc

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 LD7797X PD 140W Demo Board设计范例

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效率测试

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LD7797X/LD7798X PD 140W Demo对比 

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结论

此篇文章探讨LD7798X/LD7797X产品,采用SOP-16封装IC,适合75~140W高频化,小型化PD产品,拥有快速启动、低功耗、高效率等优点,通嘉坚持一贯高质量、高性能的传统,同时拥有健全的保护功能,能够在异常发生时实时的保护,构建稳定系统。透过以上的介绍,提供电源设计者完整的解决设计方案。如有更进一步的需求,欢迎跟通嘉科技联络。2QWednc

参考文献:LD7798X/LD7797X应用手册及IC规格书2QWednc

责编:Demi
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