1000W大功率LLC电源

使用场景：可调电源前级高压转电压部分模块、实验室电源，智能车比赛充电器，服务器供电、电动车锂电池充电等需要高压转低压大功率的场合。

工业控制系统：在工业自动化和控制系统中，LLC电源可以提供所需的高压大电流电源，保障系统的可靠性 。

电信电源系统：作为电信基站的电源管理解决方案，确保通信设备的稳定供电 。

以太网POE：在以太网供电（POE）应用中，LLC电源可以提供所需的电源管理功能 。

便携式移动设备：为便携式设备提供高效的电源解决方案，延长设备使用时间 。

逆变器系统：在逆变器系统中使用LLC电源，实现高效的能量转换和电源管理 

规格参数：

额定输入电压：185~265VAC 50Hz 

输出电压：48VDC+-4V可调

输出电流：20A连续大电流

额定输出功率：1000W

效率：≥96%（超高效率）

使用地区：中国

使用环境温度：-20°C~55°C，湿度：0%~90%（无凝露）

海拔条件：0~3KM

保护功能：OVP，OCP，OTP

一、PFC电路介绍

传统的工频交流整流电路，因为整流桥后面有一个大的电解电容来稳定输出电压，所以使电网的电流波形变成了尖脉冲，滤波电容越大，输入电流的脉宽就越窄，峰值越高，有效值就越大。这种畸变的电流波形会导致一些问题，比如无功功率增加、电网谐波超标造成干扰等。

为了解决上述的问题，我们采取pfc（功率因数校正）电路就是使电源的输入电流波形按照输入电压的变化成比例的变化。就是说电流跟随电压；使电源的工作特性就像一个电阻一样，而不在是容性的。

目前在功率因数校正电路中，最常用的就是BOOST变换器构成的电路，而按照输入电流的连续与否，又分为DCM、CRM、CCM模式。DCM模式（断续工作模式），因为控制简单，但输入电流不连续，峰值较高，所以常用在小功率场合。CCM模式则相反，输入电流连续，电流纹波小，适合于大功率场合应用。介于DCM和CCM之间的CRM称为电流临界连续模式，这种模式通常采用变频率的控制方式，采集升压电感的电流过零信号，当电流过零了，才开通MOS管。这种类型的控制方式，在小功率PFC电路中非常常见。

今天我们主要讨论适合大功率场合的CCM模式的功率因数校正电路的设计。

要设计一个PFC电路，首先我们要给出我们的一些设计规格，参数如下：

pfc可以进行简单计算：

1、输出电流Iout=Pout/Uout=1000/380=2.631A

2、最大输入功率Pin=Pout/η=1000/0.96=1041.6W

3、输入电流最大有效值Iin_rms_max=Pin/Umin=1041.6/185=5.63A

4、那么输入电流有效值峰值为Iin_rms_max*1.414=8A

5、高频纹波电流取输入电流峰值的20%，那么I_hf=0.2*Iin_rms_max=0.2*8=1.6A

6、那么输入电感电流最大峰值为：IL_pk=Iin_rms_max+0.5*Ihf=8+0.5*1.6=8.8A

7、那么升压电感最小值为L_min=(0.25*Uout)/(I_hf*fs)=(0.25*380)/(1.6*65KHz)

8、输出电容最小值为：C_min=Iout/(3.14*2*fac*Voutp- p)=2.631/(3.14*2*50*20)，实际电路中还要考虑hold up时间，所以电容容量可能需要重新按照hold up的时间要求来重新计算。

上图为PFC电路图

输入交流经过EMI之后就是继电器缓启动，然后整流桥之后就是PFC电路，PFC采用双管并联，由于MOS管正温度系数，所以会自动均流。下方为三极管推挽电路，增加芯片驱动能力。右下方为LDO电路，将高压波动直流，稳压至12V稳定电压。左下方为PFC芯片，采用峰值电流控制，不需要电压前馈采样，控制灵活，需设计好电流采样电阻，降低THD。

上图粉红色为输入电流波形，黄色为MOS管gs波形。

二、LLC电路介绍

LLC采用半桥结构，控制芯片使用的是安森美的NCP1397。NCP1397 是一款应用在半桥拓扑中的高性能控器，如串联谐振、并联谐振和LLC谐振控制器。它具备使用较少的外围器件，可以简化布图。NCP1397采用独特的架构，包括最高500KHz压控振荡器，具有灵活性的控制模式，可实现可靠稳定的谐振模式电源。
NCP1397具有完善的保护功能，可配置设置以适用更宽的应用范围。其中包括：过流保护自恢复、欠压保护、软启动、低启动电流300uA，光耦开路和短路保护功能。可配置死区时间（死区时间从100ns到2us）可以防止上下桥MOS管同时导通。

上图左上方为小板卡的管脚；右方为我们的半桥llc，使用电流CT来进行采样封波，原副边各有一组辅助绕组为我们控制电路供电；左下方就是NCP1397芯片的外围电路。

上图黄色为输出mos的ds波形，绿色为另外一个管，粉红色为谐振电流，呈现三角波是励磁电流，轻载，输入电流过小

如下是llc的部分参数计算：剩下的可以到雷老师讲电子bilibili工坊获取。

三、SR同步整流电路介绍

上图为同步整流，TEA2096T 适用于配合谐振变换式电源。在此类应用中，它能驱动次级的两个外置MOSFET，这些 MOSFET 用以代替传统的二极管来实现更高的效率。

如在本次项目中，输出电流21A，若二极管压降1V，损耗就是21W，如果采用同步整流，10mΩ MOS管，0.01x21x21A=4.4W，损耗减小5倍；

IC 检测漏极检测引脚（DSA 和 DSB 引脚）与源极检测引脚（SSA 和 SSB 引脚）之间的压差。而这个同步整流 MOSFET 漏源之间的差分电压用于驱动同步整流 MOSFET。当此绝对电压差大于 Vact(drv)时，对应的栅极驱动输出即开通同步整流 MOSFET。当外部的同步 MOSFET 管导通时，漏源极检测引脚之间的绝对电压差会跌到 Vact(drv)以下。调节过程是紧接着导通过程。

在调节阶段，IC 会调节漏源检测之间的压差(Vreg(drv))。当绝对压差大于 Vreg(drv)时，栅极驱动器输出将增加外部同步整流 MOSFET 的栅极电压，直到达到 Vreg(drv)。同步整流MOSFET 在低电流时不会关闭。IC 没有最小导通时间的限制，因而可以一直工作。当绝对压差小于 Vdeact(drv)时，栅极驱动器输出会降低外部同步整流 MOSFET 的栅极电压。同步整流 MOSFET 栅极驱动电压波形跟随同步整流 MOSFET 上流过的电流波形。当同步整流 MOSFET 上流过电流到零时，同步整流 MOSFET 会迅速关断。在同步整流 MOSFET 关断后，漏极电压开始增加。当漏极电压高于 Vswoff 时，因为栅极下拉电阻 Rpd(G)的存在，同步整流 MOSFET 会一直处于关断状态。

上图为谐振电流（红色）和输出同步整流的gs波形（黄色）

上图为实物图