使用简洁、性能优秀的LLC控制IC—UCC25600

使用简洁、性能优秀的LLC控制IC—UCC25600 LLC谐振半桥电路正获得广泛的的应用，TI公司新推出的UCC25600具有功能齐备，使用简洁，性能优秀，是一款出类拔萃的IC设计产品，主要特色有：

·可变开关频率控制。

·可调最小开关频率。（精度4%）

·可调最大开关频率。

·可调死区时间，达到最高效率。

·可调软起动时间。

·易操作的ON/OFF控制。

·过流保护。

·过热保护。

·偏制电压的UVLO和OVP。

·内部栅驱动能力，源出04A，漏入0.8A。

·工作环境温度-40～+125°C。

UCC25600用于 100W～1KW电源的谐振半桥控制，它执行频率调制控制功能，而且价格低于16PIN的现有LLC控制器。

内部振荡频率低端到30KHZ，高端到350KHZ，偏差不到4%，使设计师节省了功率级的过功率设计，进一步减小了系统成本。死区时间调节，在zvs时具有最小的励磁电流，从而使效率更高。可调的软启动可以使设计有最大的柔性，以满足终端设备的需要。输出驱动能力可以采用最低成本的变压器。

UCC25600整个系统保护功能包括过流，欠压，偏置源的过压，及芯片过热，其基本应用电路如图1。

图1 UCC25600基本应用电路

8个引脚功能如下：

1PIN倒多数 DT 此端设置高边、低边开关之间的死区时间，外接一只电阻到地，由内部2.25V电压基准经外部一支电阻设置死区时间，为防止其短路，最小死区时间内部定在120ns。

2PIN RT 电流流出此端设置栅驱动频率，光耦集电极接于此端，控制开关频率，用于稳压。并接一支电阻到GND，设置最低频率。为了设置最高频率的限制，简单地与光耦串入一支电阻，它限制此端流出的最大电流，从而限制了最高频率。

3PIN OC 过流保护端，此端电压达到1.1V以上时，栅驱动拉到低电平，降到0.6V以下时，重新软启动。当OC端达到2V以上时，器件闩锁，使VCC降到UVLO电平以下时，复位OCP闩锁。

4PIN SS 软启动，此端设置软启动时间，外接一支电容到GND，

拉此端到1V以下时将禁止器件工作，实现ON/OFF控制。软启动功能在故障之后使能。包括偏置源OV,UVLO，过流及过热。

5PIN GD2 8PIN GD1分别为高边、低边驱动信号输出，外接栅驱动变压器初级的两个端子。

6PIN GND IC公共端

7PIN VCC IC供电端，电压低于20V，大于8V，并接1uf瓷介电容旁路。

UCC25600内部电路方框图如图2。下面叙述其工作原理。

图2 UCC25600内部等效电路方框图

工作原理：

软开关能力，高频率以及长的保持时间使LLC振谐变换器适合多

种应用，如数字电视，AC/DC适配器，计算机电源等，图3给出LLC 谐振等效电路。

图3 LLC谐振变换器电路图4 LLC谐振的等效电路

LLC谐振变换器基于串联谐振模式（SRC），利用变压器的励磁电感，可以在很宽的输入电压范围内和负载变化范围内实现零电压开关。作为多谐振的结果。零电压开关可以保持在高于或低于谐振频率的一个范围内。这个简化的变换器设计实现零电流开关的区域可能会导致系统损坏。变换器实现最好效率是工作在正常输入电压下的谐振频率附近。由于开关频率低时电压增益有效增加，这可以使输入电压降低时保持调整率，这个特点令变换器理想地工作在高压BOOST PFC 的预调整器之后，通过保持时间应对AC线路的降落。

由于谐振变换器的自然特性，所有谐振原件上的电压和电流几乎都是正弦的，LLC谐振变换器的增益特性分析基于一次频率谐振（FHA）。这意味着所有电压、电流都按正弦处理，其频率与开关频率相同。

根据工作原理，LLC谐振变换器可画出如图4的等效电路。

在等效电路中，Vge和Voe为半桥拓扑产生的电压基波谐波，变压器初级侧上的电压，这些电压可以通过下面的分析计算，负载电阻

Re为等效负载电路，按下式计算：

（1）

基于等效电路，在不同开关频率的增递计算如下：

（2）

在此式中，Vdc/2为半桥拓扑的等效输入电压。

表1：电路参数计算式

下面算出变换器增益在不同开关频率下的值和表达式：

（3）由于FHA此增益公式是近似式，当开关频率从谐振频率移开时，误差增大，当然这个公式可以用做设计工具，最终结果由基于仿真的硬件测试给出。

从公式（3），当开关频率等于谐振频率时，fn=1，变换器电压增益等于1。变换器增益在不同负载和电感比的条件下，由图4～7给出。

图4 图5

图6 图7 基于LLC的工作原理，是通过脉冲频率调制（PFM）实现的。输出电压用调节开关频率来保持恒定。最佳效率为在正常输入电压和设置的开关频率接近谐振频率时。此时输入电压降低，开关频率减小，提升增益，保持输出调整率。

UCC25600谐振半桥控制器使用可变开关频率控制去调节谐振槽路阻抗和调整输出电压。8PIN封装器件集成多项功能，应对最佳系统特性，这样可以极大地简化PCB布局。

调节死区时间

谐振半桥变换器在MOS关断时，在谐振槽路电流上实现软开关，减小开关损耗，更高的关断电流提供更多的能量，放掉结电容上的电荷，此时会产生更大的关断损耗。小的关断电流减小关断损耗，但是

需要更长的时间去放掉MOS结电容的电荷，才能实现软开关。选择合适的死区时间，关断电流可以达到最小，此时仍维持零电压开关，最好的系统性能从而实现了。

在UCC25600中，死区时间可以通过从DT到GND外接单一电阻调节，具有2.25V电压基准，通过设置死区时间的电阻的电流，给出死区时间：

（4）

当DT端突然接地时，为了防止短路，将最小120ns的死区时间插入到两个栅驱动输出之间，任何死区设置时间都大于此120ns。

具有可变的开关频率控制UCC25600，在内部的振荡器也可以改变频率，它用流过RT端的电流来控制。在软启动时，栅驱动信号频率与RT端流过的电流之间的关系如下：

（5）由于开关频率正比于电流，用限制流过RT端的最大最小电流来限制，最低最高开关频率很容易决定，如图8所示。

图8 最大最小频率的设定从RT到GND接一支电阻，用一支电阻与光耦串联，限制最大电流，限制频率电阻计算如下：

（6）

（7）

（8）

（9）软启动

在启动和故障恢复条件下，软启动总要加入，以防止过度的谐振槽路电流，并确保零电压开关（ZVS）。在软启动中，开关频率增加，软启动时间可以用从SS端到GND的电容调节。

软启动端还用做ON/OFF控制端，令SS端低于1V电压时，器件关断；当下拉结束时，SS端电压因内部充电电流开始上升，一旦SS端电压达到1.2V以上，器件开始产生栅驱动信号，并进入软启动模式，软启动时间顺序如图9所示。

图9 软启动顺序

为防止ON命令与出现栅驱动信号之间过长的延时，SS端电流设置两个不同的水平，当SS端电压低于1.2V时，它输出175uA电流，此大电流将其充到1.2V以上，此为快速短周期启动，减小了延迟时间，此时间可用下式计算：

（10）

开关频率在软启动阶段由流过RT端的电流和SS端的电压两者决定，开关频率由下式决定：

（11）

在SS端电压达到4V以后，软启动阶段完成，开关频率变为由RT设定的频率，用于给SS端充电从1.2V到4V的时间定义为软启动时间，由下式计算：

（12）

为确保可靠工作，栅驱动重启与GD2变高，这是为了防止系统启动中的未保障因素。

猝发工作模式

在轻载条件下，谐振变换器会增加开关频率，以保持输出调整频率。当然，由于因变压器的寄生电容和整流二级管结电容导致的振铃，能量会直接传输到负载。此时，功率大于负载的需求，输出电压会变高。在此情况下，进一步增大开关频率，不会帮助稳压，因为能量传输到负载不再通过功率级。为了防止此条件下输出电压过压，UCC25600加入了猝发工作模式，当控制环路命令开关频率高于350KHz时，栅驱动被禁止，功率级停止工作。在输出电压下降时，

控制环路开始命令开关频率低于330KHz时，栅驱动恢复，功率级又开始送出功率，从而使输出稳压。

这种猝发工作模式很容易禁止开关频率超过350KHz，此时，控制环在没有超过350KHz时，猝发模式将不会出现。

过流保护

为防止功率级在过载条件下失效，UCC25600加入过流保护功能。它加入OC端，在OC端电压达到1V以上时，关闭功率级。一旦OC端电压变低到0.6V，栅驱动恢复重新启动。为加强系统安全，UCC256000在OC端达到2V以上时闩锁系统。将VCC拉到UVLO 以下再重新复位。

电流间接检测通过谐振电容，检测网络如图10。

图10LLC电路的电流检测通常概念的设置方法为通过谐振电容的AC电压正比于负载电流，根据FHA模式，谐振电容的AC电压峰值计算入下式：

(13)

因此，谐振电容电压达到其最大值时，为最小开关频率及最大负载处。据此方式，电流检测网络元件可以算出，根据FHA，通过硬件测试，有：

（14）

谐振电容上的AC电压

（15）谐振电容上的DC电压

（16）电流源负载电阻

（17）滤波电路

栅驱动器

半桥谐振变换器由接近50%的占空比变频方波电压控制，这使半桥很容易由变压器驱动与半桥驱动器件相比，栅驱动变压器更简单可靠，它清除了栅驱动功率源，PCB布局简单，防止经变压器耦合短路，不用闩锁。

UCC25600集成两个驱动器，可源出0.4A漏入0.8A，直接驱动栅驱动变压器。对于LLC谐振变换器，对栅驱动信号是预置对称的。此外，在功率的设计及热量理论上需注意。

UCC25600栅驱动输出精度会少于50ns的匹配，虽然栅驱动信号是相当对称的，还是推荐加入直流平衡电容。在栅驱动变换器中，初级侧防止变压器饱和是必要的。

VCC

当VCC变到10.5V以上时器件使能，在全部故障的条件清除后，栅驱动随软启动开始，当VCC降到9.5V时，器件进入UVLO保护

模式，两个栅驱动拉低；当VCC升到20V以上时，器件进入VCC 过压保护模式，禁止两个栅驱动。VCC过压保护在VCC降到18V以下时恢复软启动。

过热保护

UCC25600连续监测结温，当结温升到160℃以上时，器件进入过热保护模式，两栅驱动拉低；当结温低于140℃以下时，重新软启动。