创新型高性能8引脚LLC谐振控制器ICE1HS01G

　　ICE1HS01G

ICE1HS01G是英飞凌科技最新开发的8引脚LLC控制器。它经过精心数字化设计，适用于液晶/等离子电视、AC/DC适配器和音响系统中开关电源的应用。作为一种8引脚控制器IC，ICE1HS01G的PCB布局极易实现。此外，它能提供半桥LLC谐振转换器所需的全部控制策略。ICE1HS01G允许设计者利用外置电阻对振荡器进行设置，从而选择适宜的工作频率范围。另外，它还具有内置的软启动功能，可限制输入冲击电流和输出电压过冲。此外，器件具备了半桥LLC谐振转换器所必需的全部保护功能。所有这些使其成为市场上一款性能极为优异的半桥LLC谐振转换控制器产品。

ICE1HS01G的主要特性有：最高开关频率600kHz;高精度可调最低开关频率;50%占空比;滞后电压可调的IC输入低电压保护;两级过流保护：频移和拴锁;屏蔽时间可调的开环/过载保护;内置的数字式非线性软启动;过载保护期间重启时间可调。其引脚定义示于图1。

　　FMIN(最低开关频率)

在该引脚和地之间接有外接电阻器RFMIN。在工作期间，该引脚的电压保持恒定，因此流出该引脚的电流由电阻器RFMIN的阻值决定。最低开关频率由流出该引脚的电流决定。正常工作和软启动期间的最高开关频率均与流出FMIN引脚的电流值相关。

　　CS(电流检测)

电流检测信号被输入该引脚。IC内部有两个比较器，如果CS引脚上的电压高于第1个阀值(一般为0.8V)，IC将提高开关频率，以限制转换器的最大输出功率;如果该引脚上的电压超过第2个阀值(一般为1.6V)，IC将立即被拴锁。

　　FB(反馈)

该引脚与外接光电耦合器的集电极相连。在IC内部，在正常工作期间，该引脚与带有上拉电阻(RFB)的参考电压源相连。IC利用该引脚上的电平来调节开关频率，使其在引脚FMIN设定的最高和最低频率之间变化。如果FB电平高于VFBH并且持续时间超过内部设定的屏蔽时间(20ms)，则延时计时器被启动。如果过载/开路保护持续的时间超过延长的屏蔽时间，则IC将进入自动重启模式。在IC停止开关操作的瞬间，另一个关断计时器开始启动，直至IC开始进行另一次软启动。该关断计时器由与VINS引脚相连的电阻和电容决定。

　　VINS(主电路输入电压检测)

主电路输入电压通过一个电阻分压器被馈入VINS引脚。如果引脚VINS上的电平高于阀值VINSon(一般为1.25V)，则IC将在VCC上升至启动阀值(一般为12V)后以软启动方式开始工作。在IC工作期间，如果该引脚上的电平降至阀值VINSon以下，IC将停止开关操作，直至该引脚上的电平回升。如果IC进入过载保护模式，则IC将停止开关操作，并将在一段时间后尝试重启。该段时间的长短由连接在VINS引脚和地之间的RC(阻容)网络调节。

GND(地)：IC的公共地。LG(下管驱动)：下管功率MOSFET驱动器。HG(上管驱动)：上管功率MOSFET驱动器。VCC(IC电源)：本IC的电源，由外接辅助电源供给。

　　应用说明

　　最低开关频率

对于确保LLC拓扑的感性工作模式以及在低压输入和满负载条件下的输出电压调节而言，最低开关频率是十分重要的因素。通过在FMIN引脚和地之间连接的外接电阻RFMIN，ICE1HS01G可以很方便地对最低开关频率进行调节。IC的内部电路在FMIN引脚上提供一个1.5V的稳压。电阻RFMIN连接在FMIN引脚和GND引脚之间，调节从FMIN引脚中流出的电流(IFMIN)。一个与IFMIN成比例的特定电流被定义为最低充电电流(Ichg_min)，该电流被用来调节最低开关频率。最低开关频率和RFMIN之间的关系曲线如图2所示。

　　IC电源和软启动

ICE1HS01G适用于带有辅助电源的应用。在大多数情况下，系统中还会采用一个带有PFC(功率因素校正)控制器的前端PFC预稳压器。

当电源电压VCC达到开启阀值(典型值为12V)时，控制器ICE1HS01G开始工作。在工作期间，它的最低工作电压(VCCoff)典型值为11V，最高电源电压VCCmax为18V。

在IC电源电压达到12V以上后，如果VINS引脚上的电平高于1.25V，IC将以软启动方式开始开关操作。软启动功能以数字方式内置在IC中。在软启动阶段，IC从内部控制MOSFET的开关频率。软启动持续的最长时间为32ms，步长为1ms。实际开关频率与启动时间之间的关系曲线(RFMIN=22kW)如图3所示。在软启动阶段，初始频率为250kHz，然后逐步下降至正常工作点。

　　输出电压调节

反馈电压VFB将输出负载信息反馈给控制器。在IC内部，反馈(FB)引脚通过一个上拉电阻RFB与5V电压源连接;在IC外部，该引脚与光电耦合器的集电极连接。如果输出负载增加，则VFB随之上升，ICE1HS01G会相应降低开关频率，对输出电压进行调节;反之亦然。反馈电压VFB的有效范围介于1V和4V之间。

　　过流保护

ICE1HS01G中的电流检测引脚仅用于保护目的。ICE1HS01G拥有两级过流保护。在过载条件下，OCP(过流保护)低电平(0.8V)被触发，根据过载持续的时间和功率相应提高开关频率。OCP高电平(1.6V)用于在系统出现故障状态(如变压器绕组被短路时)保护转换器。一旦Vcs达到1.6V，IC就会立即被拴锁。

　　过载/开路保护

如果输出过载或出现控制环路断开故障，FB电压将上升至最高电平。如果FB电压高于VFBH并且持续时间超过确定的屏蔽时间TOLP(20ms)，IC将进入自动重启模式。

　　主电路输入欠压保护

对于LLC谐振转换器，需要确定主电路输入电压的工作范围。所以，LLC谐振转换控制器应具有输入电压检测功能和相应的保护特性，在输入电压降至规定范围之外时，停止IC的开关操作，并在输入电压重新回到正常电平后，利用软启动功能重启IC。借助连接在VINS引脚和Ground(地)之间的内部电流源Ihys，用户可以调节该开/关阀值间的滞环大小。

　　负载开路保护

在负载极小(如负载断开)的情况下，器件的最高设计频率可能还不够高，不足以对输出电压进行调节。在这种情况下，输出电压可能出现超调失控，造成损害。为避免出现这种情况，ICE1HS01G持续对反馈信号VFB进行监测，如果VFB降至VFB_off(典型值为0.2V)以下，则在经过一段确定的屏蔽时间TFB(典型值为200ns)后，停止开关动作。由于没有开关信号，Vout开始下降，VFB随之上升。一旦VFB超过阀值VFB_on(典型值为0.3V)，IC就会恢复正常操作。

　　效率测量

借助ICE1HS01G，LLC谐振转换级可以达到极高的效率—94.8%，如图4所示。该图显示的数据是在LCD TV应用演示板上进行测试的结果，该演示板的输出功率为200W， 24V/12V两路输出。

　　参考文献：

[1] ICE1HS01G产品说明书[D]，英飞凌科技股份公司，2008年

[2] ERICKSON R W, MAKSIMOVIC D, 功率电子器件基础Kluwer Academic Publishers，2001,P705~755

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[5] Mao M, He Y, Jeoh M K. 用于准谐振反激式变换器的新型数字系统解决方案[J]. 精选实用电子设计100例，电子产品世界，2008(12)