大功率高性能 PFC+LLC 方案 | KP2806+KP2591 國產方案助力大功率電源設計
新品推出背景
隨著電源功率等級的提升，電源系統的性能要求也越來越嚴格，傳統的反激架構已無法滿足大功率的電源設計，LLC 架構因其軟開關、高效率等優勢成為大功率電源設計的絕佳選擇，搭配 PFC 架構使用，可適用于各種大功率應用場合。
針對大功率電源設計，必易微推出了大功率高性能 PFC+LLC 控制器 KP2806+KP2591，適用于 PD 電源、LED 電源、電視機板卡電源等應用場合，該組合方案具備諸多技術亮點，下面我們進行詳細介紹。
KP2806+KP2591 典型應用電路圖
KP2806 產品亮點
KP2806 芯片引腳圖
KP2806 是一款高性能、準諧振式 (QR) 升壓型 (Boost) 恒壓功率因數校正 (PFC) 控制器，可自適應地工作在臨界導通模式 (CRM) 和斷續導通模式 (DCM)。芯片采用 SOT23-6 封裝，通過多功能管腳復用，真正做到了小而精的特點，占用更小的 PCB 空間，方便客戶實現更小的體積和更低的設計成本。
除此之外，KP2806 還具備如下技術亮點：
亮點 1
可調 TONMAX：
實現不同系統的 THD 最優設計
PFC 工作在 CRM 模式具有良好的 THD 性能，為適應各種應用場合，KP2806 集成了系統參數配置功能，通過調節電阻 Rset 的阻值，可以選擇不同的 TONMAX 等系統參數，保證芯片在不同設計要求下，均能滿載工作在 CRM 模式，實現系統的 THD 最優設計。
針對功率開關為氮化鎵 (GaN) 的高頻應用，所需電感量小，為避免滿載進入降頻模式，推薦使用 12μs 的檔位；針對功率開關為 Cool-mos 的低頻應用，所需電感量大，推薦使用 18μs 的檔位，同時保證了系統的帶載能力；此外，芯片還設置了不同的 TZCD_DELAY 參數檔位，客戶可根據實際系統的震蕩頻率，設置不同的開關管導通延時，以獲取精準的谷底導通效果，優化系統效率。
不同 Rset 阻值對應的系統參數表
亮點 2
高功率因數：
滿載 PF>0.95，THD<10%
KP2806 可以自適應地工作在 CRM 和 DCM 模式，在 CRM 和 DCM 模式下都可實現輸入電流的平均值 (開關周期內) 與輸入電壓的瞬時幅值成正比，從而理論上實現 PF=1 的目標；同時芯片在正弦波靠近谷底附近進行 Ton 補償，改善交越失真問題，進一步優化 THD。
300W Demo 全負載范圍
PF 和 THD 測試數據
亮點 3
無需輔助繞組：簡化電感設計
芯片集成了消磁信號檢測技術，支持單繞組電感應用，CZ 管腳通過分壓電阻檢測 Boost 電感是否消磁結束，搭配不同的 TZCD_DELAY 檔位，實現精準的谷底導通功能，從而大幅降低系統的開關損耗，優化系統效率。同時在不同頻率下，谷底位置保持一致，也有利于 THD 的改善。
KP2806 谷底導通原理和實驗波形
亮點 4
輸出電壓兩檔設定(Boost Follow)
一款芯片適用不同系統架構
為了滿足不同系統架構的 PFC 母線輸出電壓需求，KP2806 設計了固定輸出電壓版本和兩檔可變輸出電壓版本，客戶可根據實際后級電路拓撲，選擇合適的芯片版本，實現系統的最優設計。
搭配反激架構應用時，推薦使用兩檔可變輸出電壓版本芯片，低壓輸入時，較低的母線輸出電壓，可有效降低開關損耗，優化系統效率。
搭配 LLC 架構應用時，推薦使用固定輸出電壓版本芯片，使系統滿載工作在諧振頻率點附近，充分發揮 LLC 電路的效率優勢。
亮點 5
輸入線電壓前饋補償：
過載一致性好
芯片通過 CZ 管腳檢測輸入線電壓的信息，進而實現輸入線電壓前饋補償功能，優化系統在不同輸入電壓下過載功率的一致性。
不同輸入電壓的過載功率曲線
亮點 6
完備的保護功能：
保證系統可靠運行
KP2806 集成有完備的保護功能，如 VDD 欠壓保護功能 (UVLO)、VDD 過壓保護 (VDD OVP)、輸入欠壓保護 (BOP)、輸出欠壓保護 (UVP)、兩極輸出過壓保護 (OVP)、逐周期電流限制 (OCP)、異常過流保護 (AOCP)、過熱保護 (OTP) 以及管腳開/短路保護，保證了系統應用的可靠性。
芯片保護功能列表
KP2591 產品亮點
KP2591 芯片引腳圖
KP2591 是一款基于半橋 LLC 諧振變換器的諧振型開關電源控制器，集成了半橋驅動，可直接 50% 占空比驅動功率管，其驅動電壓鉗位至 12V，最高工作頻率支持 350kHz。
除此之外，KP2591 還具備如下技術亮點：
亮點 1
可配置工作模式：
待機損耗<200mW
為了降低系統待機損耗，芯片可通過 STB 管腳的電阻配置，使系統工作在低待機模式，該工作模式下開關頻率由 SS 管腳電壓決定，可以降低 Burst 開關頻率，減小待機損耗。
KP2591 待機實驗波形
KP2591 待機損耗測試數據
亮點 2
支持無 PFC 的設計應用
KP2591 在前級無 PFC 穩壓電路應用時，可通過配置 SEL 管腳的電阻值，設置芯片工作在無 PFC 工作模式，通過調節內部電路的閾值和參數(如過壓過流保護閾值)，使芯片適用于更低輸入電壓下的工作，支持無 PFC 的設計應用。
SEL 管腳電阻對應的操作模式
亮點 3
可配置軟啟時間：
優化啟機應力
LLC 啟動初始，系統開環工作，若直接以較低的開關頻率工作，會造成諧振腔電流過沖，嚴重時可能損壞功率器件。KP2591 集成了軟啟時間配置功能，通過設置 SS 管腳并聯電容，調節軟啟工作時間；啟動時，芯片給 SS 電容充電，隨 SS 管腳電壓上升，開關頻率逐漸降低，實現軟啟保護功能，可有效降低啟機諧振腔電流應力。
(SS 管腳電容 10nF，
軟啟時間約 7ms)
(SS 管腳電容 33nF，
軟啟時間 21.6ms)
開機軟啟實驗波形
亮點 4
可靠的容性區保護功能:
提升系統可靠性
LLC 系統進入容性工作區，功率器件應力劇增，存在功率器件損壞的風險，KP2591 集成了容性區保護功能和自適應死區時間控制功能，保證系統的可靠運行。
芯片通過 CS 管腳檢測諧振電流、DEM 管腳檢測輔助繞組電壓的方式組合實現容性區保護功能，通過直觀的檢測 CS 電流信號相位，并利用 DEM 電壓信號相位輔助判決，在進入容性區之前提前關斷驅動，防止功率管擊穿。
容性區保護工作原理
啟動過程中，因為諧振電容初始電壓為 0，諧振電流不對稱，良好的死區時間控制，既可以防止系統進入容性工作區，導致功率器件損壞，又可以實現軟開關，優化系統效率。
自適應死區
控制原理
啟機瞬間,自適應死區
時間調節波形
亮點 5
性能升級：
可直接替換外商同類產品 XX6A31
KP2591 采用 SOP-16 封裝，客戶可直接使用 KP2591 替換外商同類產品 XX6A31，BOM 器件完全相同，簡化了客戶的產品替代升級。
亮點 6
完備的保護功能：
保證系統可靠運行
KP2591 集成有完備的保護功能，包括：VDD 過壓/欠壓保護 (VDD OVP/UVLO)、VBT 欠壓保護 (VBT UVP)、輸入過壓/欠壓保護 (LOVP&BOP)、過載保護 (OLP)、諧振腔過流保護 (CBC/SOCP)、容性區保護、外部信號保護、過熱保護 (OTP) 等，系統運行可靠性高。
芯片保護功能列表
Demo 展示
如圖所示為必易微開發的 142W 電視機板卡電源 Demo，該方案采用 PFC+LLC+Buck 的三級架構，前級電源采用 KP2806+KP2591 方案，后級調光輸出采用高精度、深度調光降壓型 LED 恒流驅動器 KP1601。樣機適用于全壓輸入范圍 (90-265Vac)，輸出 12V/3.5A 的恒壓電源和 150-200V/0.5A 的恒流電源，分別用于 MCU 供電和液晶顯示供電。整機具有低待機、高效率以及高線性度的調光曲線等特點。
Demo 主要性能
性能 1
整機待機損耗 <300mW
性能 2
滿載效率 >88%
性能 3
滿載 PF>0.96，THD<15%
性能 4
高線性度的調光曲線
總結
必易微專注技術研發，推出的大功率高性能 PFC+LLC 電源解決方案 KP2806+KP2591，可滿足各種應用場合的大功率電源設計，KP2591 芯片可直接替換外商同類產品，大大縮短了客戶電源方案的替換時間，助力客戶電源系統的研發升級。
