茂睿芯推出一款240W高性能PFC+LLC相关大功率电源解决方案

一、背景

随着设备智能化程度的提高，以及对能耗更加苛刻的要求，对于高效大功率电源系统的需求越来越多。为此，茂睿芯陆续推出了PFC、LLC、LLC SR相关大功率电源解决方案，覆盖100-2000W的模拟电源系统，满足用户对大功率电源系统日益增长的需求。为了充分降低客户的设计难度，节省调试时间，茂睿芯推出了240W的全国产电源参考设计，以便客户参考。

高频化、高效率、高功率密度已成为当前开关电源技术发展的主流趋势，虽然开关频率增加能缩小磁性元件体积，但也会产生各种新的问题。开关损耗随着开关频率的增加成比例地上升、功率器件的运行轨迹超出安全工作区（SOA），不利于器件可靠性、过高的di/dt和dv/dt将产生严重的电磁干扰（EMI），而软开关技术的出现，可以有效降低开关损耗、减小功率器件应力以及改善电源效率。

二、茂睿芯 240W高性能电源板

MK2562+MK2189+MK1620的 240W 电源演示板

为使读者更加清晰了解我们的大功率高性能电源解决方案，我司特推出了PFC（MK2562)+LLC(MK2189)+SR(MK1620)全套方案-240W 高性能电源板，它具有高PF、低THD、高频高效率、低器件应力等特点，适用于工业电源、LED驱动、服务器及TV等应用场景。

典型应用框图

三、产品特点

1、CrM PFC 控制器 MK2562

 

MK2562 封装图

 

MK2562 系列产品一览表

1.1 MK2562 产品特点

超低的THD

完善的保护功能

拥有BI/BO与动态OVP保护，保障系统连续工作的同时及时响应保护从而提高系统可靠性

低静态电流与启动电流：20uA@12V Vcc

低启机噪声、应力

1.2 MK2562 引脚功能说明

MK2562 引脚说明表

2、LLC控制器 MK2189

 

MK2189 封装图

2.1 MK2189 产品特点

VCC支持26Vmax在-40~125℃工作条件

死区可调，可编程死区时间

Burst频率可选

可编程软起动

优化启机序列，降低启机应力

2.2 MK2189 引脚功能说明

MK2189 引脚说明表

3、双通道 LLC SR控制器 MK1620

 

MK1620 封装图

3.1 MK1620 产品特点

宽Vcc供电电压4.7~38V

超低静态电流<75uA

双通道独立差分采样

高效率自适应启动控制策略

双通道互锁机制

防DCM ringing 振铃误触

10 ns超快关断传输延时

2.5A max下拉电流

3.2 MK1620 引脚功能说明

MK1620 引脚说明表

四、应用领域

五、应用性能

1、整机效率

 

MK2562+MK2189+MK1620效率测试表

MK2562+MK2189+MK1620效率与输出负载关系图

MK2562+MK2189+MK1620功率因数与输出负载关系图

MK2562+MK2189+MK1620谐波与输出负载关系图

2、整机待机功耗

 

MK2562+MK2189+MK1620待机功耗表

MK2562+MK2189+MK1620待机功耗图

3、输出纹波

 

MK2562+MK2189+MK1620输出纹波表

MK2562+MK2189+MK1620输出纹波图

4、动态测试

 

MK2562+MK2189+MK1620动态表+图

5、关键器件应力

5.1 PFC MK2562 MOS启机应力

MK2562 启机波形图

5.2 LLC MK2189 启机应力

LLC 启动初始，系统开环工作，若直接以较低的开关频率工作，会造成谐振腔电流过冲，严重时可能损坏功率器件。MK2189拥有软启时间配置功能，通过设置 SS 管脚并联电容，调节软启工作时间；启动时，芯片给 SS 电容充电，随 SS 管脚电压上升，开关频率逐渐降低，实现软启保护功能，可有效降低启机谐振腔电流应力。

MK2189 可编程软起图

MK2189 软启波形图

5.3 优化启机序列

优化后的启机序列使得在瞬态下拥有非常低的电流及电压应力，使得变压器、谐振电感设计功率器件拥有充足得余量，选型上成本更具优势，更加从容。

MK2189 LLC不对称启机减小启机电流波形图

MK2189满载12A稳态工作下的上、下管电压及谐振电流波形图

另外MK2189D的DT引脚提供了死区时间可调功能，在不用的应用条件下，可以调整电阻R 对死区时间进行编程。

MK2189D 死区时间编程曲线

5.4 LLC同步整流MK1620

启机时，Gate下拉将Vgs钳位在一个较低的电压（720mV）防止Vgs被Vdg带起导致MOS误导通。

MK1620启机驱动钳位图

开通时，快速建立驱动，关断时，2.5A的下拉电流在极短的时间内关断MOS。

MK1620静态驱动、下拉电流图

MK1620满载下SR MOS的Vds电压应力图

MK1620满载下SR MOS的稳态应力

6、雷击浪涌能力

整机通过共模6KV、差模4KV雷击浪涌测试。

MK2562+MK2189+MK1620雷击浪涌波形

六、DEMO BOM

MK2562+MK2189+MK1620 材料清单

七、原理图

 

MK2562+MK2189+MK1620原理图

MK2562+MK2189+MK1620 PCB layout 图

八、DEMO 磁性材料

1、PFC 电感规格书

2、LLC 谐振电感规格书

3、LLC 变压器规格书

九、设计工具介绍

1、PFC MK2562计算表格

2、LLC MK2189计算

3、SR MK1620计算工具

PFC（MK2562)+LLC(MK2189)+SR(MK1620)这一集成方案不仅在电源转换效率、电压稳定性和功率因数校正方面表现出色，还具备出色的抗干扰能力，能有效提升了整体系统的稳定性和可靠性，助力国产新能源新基建！

审核编辑：刘清