FAN7688：高级次级侧LLC谐振转换器控制器技术解析

在电子工程领域，高效、稳定的电源转换是众多应用的核心需求。onsemi的FAN7688作为一款先进的脉冲频率调制（PFM）控制器，为LLC谐振转换器带来了出色的性能表现。本文将深入剖析FAN7688的技术特点、工作原理及应用要点。

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一、FAN7688概述

FAN7688是一款专为LLC谐振转换器设计的高级PFM控制器，具备同步整流（SR）功能，能为隔离式DC/DC转换器提供一流的效率。它采用基于电荷控制的电流模式控制技术，将振荡器的三角波与集成开关电流信息相结合，以确定开关频率。这种控制方式简化了反馈回路设计，同时具备真正的输入功率限制能力。此外，闭环软启动功能可防止误差放大器饱和，确保输出电压在任何负载条件下都能单调上升。双边缘跟踪自适应死区时间控制则可最大程度减少体二极管导通时间，从而提高效率。

二、关键特性

2.1 控制与响应

• 电荷电流控制：采用电荷电流模式控制，改善了LLC谐振转换器的动态响应。通过比较开关电流的总电荷（开关电流积分）与控制电压来调制开关频率，提供了快速的内环控制和出色的瞬态响应，包括固有的线路前馈。
• 混合控制（PWM + PFM）：为提高轻载效率，FAN7688采用混合控制方式。在轻载时，从PFM模式切换到脉冲宽度调制（PWM）模式，通过固定开关频率和调整占空比来限制轻载时的开关频率，降低开关损耗。

2.2 保护功能

• 过流保护（OCP）：通过对ICS引脚和CS引脚的电流监测，实现双级过流保护。当VICS峰值超过设定阈值时触发OCP1，当CS引脚电压超过3.5V或低于 -3.5V时触发OCP2，并设置了150ns的去抖时间。
• 输出短路保护（OSP）：当输出严重过载或短路时，反馈电压与误差放大器参考电压的差值大于1.2V时，触发OSP，无需等待过载保护（OLP）的延迟时间。
• 非零电压开关预防（NZS）：当补偿电压（VCOMP）高于3V且CS引脚峰值小于0.3V时，检测到非零电压开关条件，通过降低内部补偿信号来增加开关频率。
• 功率限制：通过补偿削减（频率偏移）实现功率限制，根据VICS峰值调整内部反馈补偿电压，以限制输入功率。
• 过载保护（OLP）：具备可编程的关断延迟时间，通过软启动电容的充电时间来确定延迟时间。
• 过温保护（OTP）：当芯片温度超过120 - 150°C时，触发过温保护。

2.3 其他特性

• 宽工作频率范围：工作频率范围为39kHz - 690kHz，可适应不同的应用需求。
• 绿色功能：包括轻载时禁用SR和对称PWM控制，以提高轻载效率，减少开关损耗。
• 可编程死区时间：通过RDT引脚为初级侧开关和次级侧同步整流器设置可编程的死区时间，提高系统的稳定性和效率。

三、工作原理

3.1 电荷电流控制原理

传统的LLC谐振转换器采用电压模式控制，其补偿网络设计较为复杂。FAN7688采用电荷电流控制，通过将开关电流的积分（VICS）与控制电压进行比较，来调制开关频率。由于开关电流的电荷与一个开关周期内的平均输入电流成正比，电荷控制提供了快速的内环控制，能够有效应对负载变化。

3.2 混合控制原理

在轻载时，FAN7688从PFM模式切换到PWM模式。当误差放大器电压（VCOMP）低于PWM模式阈值时，内部COMP信号被钳位在阈值水平，开关频率固定，占空比由COMP电压与PWM模式阈值电压的差值决定。随着VCOMP下降，占空比减小，从而限制了轻载时的开关频率。

3.3 电流传感原理

FAN7688通过ICS引脚和CS引脚进行电流传感。ICS引脚用于积分开关电流，其峰值与LLC谐振转换器的平均输入电流成正比，用于SR门极收缩、SR禁用和启用、过流限制和过流保护等功能。CS引脚用于瞬时开关电流传感，用于非零电压开关预防和过流保护。

3.4 软启动与输出电压调节

在启动时，内部电流源（Iss.T）对软启动（SS）电容充电，SS引脚电压逐渐升高，从而使输出电压单调上升。在过载保护时，SS电容用于关断延迟时间的设置。

3.5 自动重启

FAN7688的所有保护功能均为非锁存、自动重启模式。当保护触发时，SS电容的充电和放电过程实现延迟重启，经过三次充电和放电后，自动恢复启用。

3.6 同步整流

FAN7688采用双边缘跟踪自适应门极驱动方法，通过测量SR导通时间和关断扩展时间，生成自适应驱动信号，以优化同步整流的性能。

四、应用要点

4.1 电流传感设置

• 确保电流传感电阻和电流互感器的匝数比设计合理，使满载时电流传感电阻两端的电压大于4V。
• 选择合适的电阻和电容，避免在正常运行时触发电流限制。

4.2 软启动设置

根据实际的VICS峰值和负载情况，选择合适的软启动电容，以避免在启动时触发过载保护。

4.3 死区时间设置

通过RDT引脚和相关的电容电阻设置初级侧和次级侧的死区时间，注意死区时间的分辨率为25ns，最小和最大死区时间分别为75ns和375ns。

4.4 最小频率设置

通过连接到FMIN引脚的电阻RFMIN来限制最小开关频率，计算公式为 (f{SW.MIN }=100 kHz × frac{10 k Omega}{R{FMIN }}) ，最大允许的RFMIN值为25.5kΩ。

4.5 PWM模式设置

通过PWMS引脚的电阻将PWM模式进入阈值设置在1.5V - 1.9V之间，当COMP电压低于该阈值时，PFM操作切换到PWM模式。

五、典型应用

FAN7688适用于多种电源应用，如桌面ATX电源、服务器电源、电信电源、智能离线电源、高效隔离式DC - DC转换器、大屏幕显示电源和工业电源等。在典型的LLC谐振转换器应用中，FAN7688能够实现高效的功率转换，相比肖特基二极管整流，效率可提高4%，在50%负载时峰值效率可达96.7%。

六、总结

FAN7688作为一款先进的LLC谐振转换器控制器，凭借其独特的电荷电流控制技术、丰富的保护功能和灵活的控制模式，为电源设计工程师提供了一个高效、可靠的解决方案。在实际应用中，合理设置电流传感、软启动、死区时间等参数，能够充分发挥FAN7688的性能优势，满足不同应用场景的需求。你在使用FAN7688的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。