在高壓電源轉換電路設計中，諸如電源噪聲、開關頻率、開關損耗、電源體積、可靠性等問題一直是關鍵所在。與其它的高壓拓撲結構相比，LLC轉換器因效率高且設計的電源體積小，在高壓電源適用領域一直受到設計師的青睞，不過其設計難度也非常大。

Power Integrations公司(PI)不久推出的HiperLCS系列LCS700-708高壓LLC電源IC，將變頻控制器、高壓端和低壓端驅動器以及兩個MOSFET同時集成到了一個低成本封裝中，具有出色的設計靈活性，其最高負載效率超過97%，并利用高頻開關來減小變壓器的尺寸和輸出電容的占板面積，由此達到縮小電源尺寸的目的。圖1所示為HiperLCS功率級的電路簡圖，其中LLC諧振電感集成在變壓器中。變頻控制器通過零電壓(ZVS)開關功率MOSFET，消除開關損耗，從而達到高效率。

設計結構和關鍵特性

 

圖1：典型應用電路LCD電視機或PC主電源

LLC轉換器設計比較復雜，最大的挑戰是需要合理配置所有電路以消除交叉傳導，并對各種寄生元件進行精確的控制。據PI產品市場經理Andrew Smith介紹，HiperLCS集成了關鍵元件，包括多功能控制器、高壓端和低壓端柵極驅動以及兩個功率MOSFET的LLC半橋功率級(可最多省去30個外圍元件)，并在制造過程中進行了微調以優化驅動器中MOSFET的配對。該器件中的變頻控制器提供零電壓開關，從而消除了開關損耗。

HiperLCS器件的最高工作頻率為1MHz，額定穩態工作頻率可達500kHz，并允許在輸出環路中使用低成本的SMD陶瓷電容，從而取代體積大、可靠性差的電解電容，同時還可降低所需磁芯的尺寸。它還可在750kHz峰值開關頻率下實現出色的變壓器利用率。另外，HiperLCS器件具有精確的占空比對稱性可平衡輸出整流管電流，從而提升效率。在300kHz下典型值為50% ±0.3%。

考慮到設計需求的不同，HiperLCS器件有兩種使用方式。對于高效率設計，其諧振控制電路可提供極低的功率損耗，能使設計在66kHz額定開關頻率下達到97%以上的效率。如果成本和尺寸決定設計準則，可優先采用高開關頻率。在后面這種情況下，仍能實現較高效率，例如，在250kHz(獲得最大功率的頻率)下效率可達96%。 此外，HiperLCS器件允許用戶通過設置死區時間和軟啟動等關鍵電路參數來獲得最佳方案，從而達到改進設計的目的。在設計過程中，設計工程師可以應用PI的實時設計和建模工具PI Xls簡化電源設計。

圖2：傳統LLC變壓器和新款電源在尺寸上的對比

保護及封裝

與PI其它電源IC一樣，HiperLCS具有全面的故障處理及電流限制，包括可編程的電壓緩升/跌落閾值和遲滯，欠壓(UV)及過壓(OV)保護，可編程的過流保護(OCP)，短路保護(SCP)和過熱保護(OTP)。在封裝上，HiperLCS系列采用的是適合高功率及高頻率的超薄eSIP-16C封裝，該封裝能夠降低裝配成本并減小PCB布局的環路面積，可通過一個夾片快速安裝到散熱片，可省去多個用于外部MOSFET的TO220封裝(圖2)。其外露的散熱金屬部分與地電位相連，使得封裝和散熱片之間無需Silpad導熱絕緣墊片。eSIP-16C的封裝引腳交錯排列，可簡化PCB的走線路徑并滿足高壓爬電要求，HiperLCS的推出完善了PI端到端的完整的電源產品，包括EMI濾波電路、PFC級和主電源及待機級電源。“采用HiperLCS器件的設計可輕松超出ENERGY STAR4.0和5.0，以及80PLUS金級和銀級PC能效標準所設定的性能基準。”Andrew表示，“HiperLCS可以與HiperPFS PFC等產品配合設計功能完整、高效率、低元件數的電源，可應用于服務器、工控、LCD電視機、LED路燈和室外照明、打印機和音頻放大器等75W~440W的高壓電源。”