详解必易微半桥LLC谐振型开关电源控制器KPE2593X 高性能电流模式控制

 

新品推出背景

正如《必易微推出高性能电流模式控制，半桥 LLC 控制器 KPE2592X》所述，半桥 LLC 谐振型开关电源控制器 KPE2592X 采用电流模式 (Current Mode, CM) 控制，将谐振电容电压直接引入到闭环控制，系统环路带宽提高，环路响应速度加快。

相对于电压模式 (Voltage Mode, VM) 控制，这带来诸多系统性能上的改善，如启动过冲电流小，短路保护速度快，动态负载下输出电压波动小，环路参数易于调试等，系统的可靠性和稳定性得以大幅提升。 必易微在 KPE2592X 完成国产替代的基础上，推出了自主创新的、易于调试的高可靠性电流模式 LLC 谐振型开关电源控制器 KPE2593X。相对于 KPE2592X，其管脚 8 修改为 CS 管脚，用于检测谐振腔电流，可实现逐周期过流保护功能及容性区保护功能，为客户提供更多的选择。

图 1  | KPE2593X 典型应用威廉希尔官方网站 图

KPE2593X 的产品亮点

亮点一

逐周期过流保护，谐振电流应力可控

通过 CS 管脚采集谐振腔电流，可实现逐周期过流保护 (CBC OCP) 功能。这样保证在任意工况，谐振电流都处于设计范围内，避免器件过电流应力而损坏，系统可靠性得以提高。

图 2  | KPE2593X 逐周期过流保护波形

亮点二

容性区保护功能，避免半桥桥臂直通

对于 LLC 变换器，为实现上管的 ZVS 开通，上管开通前谐振电流需为负值，谐振电流通过上管的续流二极管导通。而谐振电流为正值时，上管不允许开通，否则会出现桥臂直通，功率器件有损坏风险。

同理，为实现下管的 ZVS 开通，下管开通前谐振电流需为正值，谐振电流通过下管的续流二极管导通。而谐振电流为负值时，下管不允许开通，否则会出现桥臂直通，功率器件有损坏风险。

 

图 3  | KPE2593X 容性区保护功能波形图

芯片根据 CS 管脚检测的谐振电流的大小和方向，自适应控制上下管驱动开通时刻，避免桥臂直通风险。

芯片进入容性区工作时，谐振电流的相位会超前 HB 电压，桥臂有直通风险。KPE2593X 在上下管驱动开通过程中，会监测谐振电流幅值的变化，提前关断驱动，避免进入容性区工作。

图 4  | KPE2593X 容性区保护功能波形图，提前关断

亮点三

打嗝 Burst 模式优化

KPE2593X 会根据内部设定的打嗝周期目标 (例如 5ms)，来自适应地调节打嗝出驱动的脉冲序列，从而避免打嗝周期过长而输出纹波电压大幅增加。

亮点四

轻载降频模式

系统进入轻载后，开关频率升高，为提高轻载效率，常规的措施是让芯片进入打嗝模式工作，但这会导致输出纹波电压增加。为了改善轻载的输出电压纹波，噪音及效率问题，KPE2593X 引入轻载降频模式，通过特殊的脉冲序列控制，降低开关频率的同时，芯片不进入打嗝状态。

 

图 5  | KPE2593X 轻载降频模式

亮点五

PFCVDD 管脚打嗝时关闭

在一些低待机的应用场合，系统输出空载时，为降低待机损耗，前级 PFC 需要做关机处理。KPE2593X 提供了进打嗝后关闭 PFCVDD 管脚供电的功能选项，可用于打嗝时关闭前级 PFC 控制器的供电，或断开高压采样的分压电阻，以优化待机损耗。

亮点六

X 电容放电功能及 HV BOP 功能

为了防止用户在拔下电源时意外触碰交流输入端子而导致被电击，需要在 CX1 电容上并联放电电阻 (R1、R2)。但放电电阻的存在会增加系统待机功耗。芯片集成了输入掉电检测和 X 电容放电功能，可以省去放电电阻，并有效降低待机功耗。同时 HV 管脚具备了交流输入欠压的保护功能。

图 6  | 输入掉电检测及 X-CAP 放电功能框图

亮点七

完备的保护功能，提高系统可靠性

表 1  | 芯片保护功能列表

KPE2593X 版本选择

KPE2593X 具有较多的可配置参数，目前可供货的版本有 KPE2593A，KPE2593B 和 KPE2593C。对于轻载效率及纹波无严苛要求的应用场合，推荐使用 KPE2593B 版本。而 KPE2593C 支持恒功率输出。

表 2  | KPE2593X 不同版本对应参数选型

总结

基于半桥 LLC 谐振变换器架构的 KPE2593X，适用于中大功率的 LLC 应用场合 (100W~3000W)，不仅具备电流模式控制的优点，还通过采集谐振腔电流，实现逐周期过流保护功能及容性区保护功能。轻载降频功能的引入，在提升轻载效率的同时，改善轻载噪音问题，优化轻载输出电压纹波。芯片可配置功能齐全，参数配置灵活，简化了系统控制及保护威廉希尔官方网站 的设计。

关于必易微

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