FAN7688：高級(jí)次級(jí)側(cè)LLC諧振轉(zhuǎn)換器控制器技術(shù)解析

在電子工程領(lǐng)域，高效、穩(wěn)定的電源轉(zhuǎn)換是眾多應(yīng)用的核心需求。onsemi的FAN7688作為一款先進(jìn)的脈沖頻率調(diào)制（PFM）控制器，為L(zhǎng)LC諧振轉(zhuǎn)換器帶來了出色的性能表現(xiàn)。本文將深入剖析FAN7688的技術(shù)特點(diǎn)、工作原理及應(yīng)用要點(diǎn)。

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一、FAN7688概述

FAN7688是一款專為L(zhǎng)LC諧振轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)的高級(jí)PFM控制器，具備同步整流（SR）功能，能為隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器提供一流的效率。它采用基于電荷控制的電流模式控制技術(shù)，將振蕩器的三角波與集成開關(guān)電流信息相結(jié)合，以確定開關(guān)頻率。這種控制方式簡(jiǎn)化了反饋回路設(shè)計(jì)，同時(shí)具備真正的輸入功率限制能力。此外，閉環(huán)軟啟動(dòng)功能可防止誤差放大器飽和，確保輸出電壓在任何負(fù)載條件下都能單調(diào)上升。雙邊緣跟蹤自適應(yīng)死區(qū)時(shí)間控制則可最大程度減少體二極管導(dǎo)通時(shí)間，從而提高效率。

二、關(guān)鍵特性

2.1 控制與響應(yīng)

• 電荷電流控制：采用電荷電流模式控制，改善了LLC諧振轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。通過比較開關(guān)電流的總電荷（開關(guān)電流積分）與控制電壓來調(diào)制開關(guān)頻率，提供了快速的內(nèi)環(huán)控制和出色的瞬態(tài)響應(yīng)，包括固有的線路前饋。
• 混合控制（PWM + PFM）：為提高輕載效率，F(xiàn)AN7688采用混合控制方式。在輕載時(shí)，從PFM模式切換到脈沖寬度調(diào)制（PWM）模式，通過固定開關(guān)頻率和調(diào)整占空比來限制輕載時(shí)的開關(guān)頻率，降低開關(guān)損耗。

2.2 保護(hù)功能

• 過流保護(hù)（OCP）：通過對(duì)ICS引腳和CS引腳的電流監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)雙級(jí)過流保護(hù)。當(dāng)VICS峰值超過設(shè)定閾值時(shí)觸發(fā)OCP1，當(dāng)CS引腳電壓超過3.5V或低于 -3.5V時(shí)觸發(fā)OCP2，并設(shè)置了150ns的去抖時(shí)間。
• 輸出短路保護(hù)（OSP）：當(dāng)輸出嚴(yán)重過載或短路時(shí)，反饋電壓與誤差放大器參考電壓的差值大于1.2V時(shí)，觸發(fā)OSP，無需等待過載保護(hù)（OLP）的延遲時(shí)間。
• 非零電壓開關(guān)預(yù)防（NZS）：當(dāng)補(bǔ)償電壓（VCOMP）高于3V且CS引腳峰值小于0.3V時(shí)，檢測(cè)到非零電壓開關(guān)條件，通過降低內(nèi)部補(bǔ)償信號(hào)來增加開關(guān)頻率。
• 功率限制：通過補(bǔ)償削減（頻率偏移）實(shí)現(xiàn)功率限制，根據(jù)VICS峰值調(diào)整內(nèi)部反饋補(bǔ)償電壓，以限制輸入功率。
• 過載保護(hù)（OLP）：具備可編程的關(guān)斷延遲時(shí)間，通過軟啟動(dòng)電容的充電時(shí)間來確定延遲時(shí)間。
• 過溫保護(hù)（OTP）：當(dāng)芯片溫度超過120 - 150°C時(shí)，觸發(fā)過溫保護(hù)。

2.3 其他特性

• 寬工作頻率范圍：工作頻率范圍為39kHz - 690kHz，可適應(yīng)不同的應(yīng)用需求。
• 綠色功能：包括輕載時(shí)禁用SR和對(duì)稱PWM控制，以提高輕載效率，減少開關(guān)損耗。
• 可編程死區(qū)時(shí)間：通過RDT引腳為初級(jí)側(cè)開關(guān)和次級(jí)側(cè)同步整流器設(shè)置可編程的死區(qū)時(shí)間，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。

三、工作原理

3.1 電荷電流控制原理

傳統(tǒng)的LLC諧振轉(zhuǎn)換器采用電壓模式控制，其補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜。FAN7688采用電荷電流控制，通過將開關(guān)電流的積分（VICS）與控制電壓進(jìn)行比較，來調(diào)制開關(guān)頻率。由于開關(guān)電流的電荷與一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的平均輸入電流成正比，電荷控制提供了快速的內(nèi)環(huán)控制，能夠有效應(yīng)對(duì)負(fù)載變化。

3.2 混合控制原理

在輕載時(shí)，F(xiàn)AN7688從PFM模式切換到PWM模式。當(dāng)誤差放大器電壓（VCOMP）低于PWM模式閾值時(shí)，內(nèi)部COMP信號(hào)被鉗位在閾值水平，開關(guān)頻率固定，占空比由COMP電壓與PWM模式閾值電壓的差值決定。隨著VCOMP下降，占空比減小，從而限制了輕載時(shí)的開關(guān)頻率。

3.3 電流傳感原理

FAN7688通過ICS引腳和CS引腳進(jìn)行電流傳感。ICS引腳用于積分開關(guān)電流，其峰值與LLC諧振轉(zhuǎn)換器的平均輸入電流成正比，用于SR門極收縮、SR禁用和啟用、過流限制和過流保護(hù)等功能。CS引腳用于瞬時(shí)開關(guān)電流傳感，用于非零電壓開關(guān)預(yù)防和過流保護(hù)。

3.4 軟啟動(dòng)與輸出電壓調(diào)節(jié)

在啟動(dòng)時(shí)，內(nèi)部電流源（Iss.T）對(duì)軟啟動(dòng)（SS）電容充電，SS引腳電壓逐漸升高，從而使輸出電壓?jiǎn)握{(diào)上升。在過載保護(hù)時(shí)，SS電容用于關(guān)斷延遲時(shí)間的設(shè)置。

3.5 自動(dòng)重啟

FAN7688的所有保護(hù)功能均為非鎖存、自動(dòng)重啟模式。當(dāng)保護(hù)觸發(fā)時(shí)，SS電容的充電和放電過程實(shí)現(xiàn)延遲重啟，經(jīng)過三次充電和放電后，自動(dòng)恢復(fù)啟用。

3.6 同步整流

FAN7688采用雙邊緣跟蹤自適應(yīng)門極驅(qū)動(dòng)方法，通過測(cè)量SR導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷擴(kuò)展時(shí)間，生成自適應(yīng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以優(yōu)化同步整流的性能。

四、應(yīng)用要點(diǎn)

4.1 電流傳感設(shè)置

• 確保電流傳感電阻和電流互感器的匝數(shù)比設(shè)計(jì)合理，使?jié)M載時(shí)電流傳感電阻兩端的電壓大于4V。
• 選擇合適的電阻和電容，避免在正常運(yùn)行時(shí)觸發(fā)電流限制。

4.2 軟啟動(dòng)設(shè)置

根據(jù)實(shí)際的VICS峰值和負(fù)載情況，選擇合適的軟啟動(dòng)電容，以避免在啟動(dòng)時(shí)觸發(fā)過載保護(hù)。

4.3 死區(qū)時(shí)間設(shè)置

通過RDT引腳和相關(guān)的電容電阻設(shè)置初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)的死區(qū)時(shí)間，注意死區(qū)時(shí)間的分辨率為25ns，最小和最大死區(qū)時(shí)間分別為75ns和375ns。

4.4 最小頻率設(shè)置

通過連接到FMIN引腳的電阻RFMIN來限制最小開關(guān)頻率，計(jì)算公式為 (f{SW.MIN }=100 kHz × frac{10 k Omega}{R{FMIN }}) ，最大允許的RFMIN值為25.5kΩ。

4.5 PWM模式設(shè)置

通過PWMS引腳的電阻將PWM模式進(jìn)入閾值設(shè)置在1.5V - 1.9V之間，當(dāng)COMP電壓低于該閾值時(shí)，PFM操作切換到PWM模式。

五、典型應(yīng)用

FAN7688適用于多種電源應(yīng)用，如桌面ATX電源、服務(wù)器電源、電信電源、智能離線電源、高效隔離式DC - DC轉(zhuǎn)換器、大屏幕顯示電源和工業(yè)電源等。在典型的LLC諧振轉(zhuǎn)換器應(yīng)用中，F(xiàn)AN7688能夠?qū)崿F(xiàn)高效的功率轉(zhuǎn)換，相比肖特基二極管整流，效率可提高4%，在50%負(fù)載時(shí)峰值效率可達(dá)96.7%。

六、總結(jié)

FAN7688作為一款先進(jìn)的LLC諧振轉(zhuǎn)換器控制器，憑借其獨(dú)特的電荷電流控制技術(shù)、豐富的保護(hù)功能和靈活的控制模式，為電源設(shè)計(jì)工程師提供了一個(gè)高效、可靠的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，合理設(shè)置電流傳感、軟啟動(dòng)、死區(qū)時(shí)間等參數(shù)，能夠充分發(fā)揮FAN7688的性能優(yōu)勢(shì)，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。你在使用FAN7688的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。