HiperLCSによる250kHz 140W LLCコンバータの基板設計をアップデートしたので、
まとめておきます。
変更点：
インダクタ：
補助電源：
ブリッジダイオード：
EAGLEの回路図です。
基板レイアウトです。
基板上面のベタパターンです。
基板下面のベタパターンです。
以降は、試作に続きます。
カテゴリー: 2段LCフィルタ正負電源
HiperLCSによる120kHz 150W LLCコンバータの基板設計をまとめておきます。
AN-55 – HiperLCS Family Design Guide
データシート、デザインガイド、設計ツールを利用して、
補助電源とグランドの分離(GNDとG)や
Yキャパシタの経路などを考慮して設計します。
また、レジスタ・ディバイダの抵抗比の合わせ込みや、
高電圧部の分離、共通コレクタ構成のフィードバック、
バイパスコンデンサの周波数による調整なども
考慮が必要です。
主要部品として、
LLCコントローラはLCS701、
LLCトランスは760895451、
1次側のHVスタートアップはIRS25751、
デジタルアイソレータはSi8710AC-B-IS、
2次側のオプトカプラドライバはLT4430、
ブリッジダイオードはKMB220STR、
インダクタはB78108E1151M009
を選択しています。
EAGLEの回路図です。
基板レイアウトです。
基板上面のベタパターンです。
基板下面のベタパターンです。
以降は、試作に続きます。
HiperLCSによる250kHz 140W LLCコンバータの基板設計をまとめておきます。
AN-55 – HiperLCS Family Design Guide
データシートやデザインガイドにしたがって、
補助電源の接続やグランドの分離(GNDとG)などを考慮して設計します。
部品点数は少ないですが、リード部品中心で構成しているため、
データシートの面実装部品中心のレイアウトが
そのまま当てはまらない部分は工夫が必要です。
EAGLEの回路図です。
基板レイアウトです。
基板上面のベタパターンです。
基板下面のベタパターンです。
以降は、試作に続きます。
HiperLCSによる250kHz 140W LLCコンバータの回路設計をまとめておきます。
HiperLCSの特徴を引用しておきます。
• コントローラ、ハイサイド/ローサイド ゲート ドライブ、高耐圧パワー MOSFET を組み込んだ LLC ハーフブリッジ コンバータ
• 外付け部品点数を最大 30 個削減可能
• 最大動作周波数 1 MHz
• 最大 500 kHz の定格定常動作
• 磁性部品のサイズを大幅に削減し、SMD セラミック出力コンデンサが使用可能
• 精密なデューティの対称性により、出力ダイオード電流が均等になり効率を改善
• 通常 300 kHz で 50% ± 0.3%
• 包括的な異常時の保護動作と電流制限動作
• プログラム可能な起動/停止スレッシュホールド及びヒステリシス
• 低電圧 (UV) 及び過電圧 (OV) 保護
• ユーザー設定可能な過電流保護 (OCP)
• 短絡保護 (SCP)
• 過熱保護 (OTP)
• 最適設計のためのユーザー設定可能なデッドタイム
• ユーザー設定可能なバースト モードにより無負荷時のレギュレーションを維持し、軽負荷時効率を改善
• ユーザー設定可能なソフトスタート時間及びソフトスタート開始ディレー タイム
• ユーザー設定可能かつ高精度な最小及び最大の周波数制御
• 高出力及び高周波用に設計された単一パッケージ
• 組立コストを削減し基板レイアウト ループ エリアを削減
• ヒートシンクへの簡単な取り付け
• ピン配列を交互にずらすことで、プリント基板の配線が簡素化し高電圧動作の沿面要件にも対応
• HiperPFS PFC 製品と併用することで、完全かつ高効率でありながら部品点数の少ない PSU ソリューションが得られる
設計手順としては、
AN-55 – HiperLCS Family Design Guide
デザインガイドに沿って、
ツールで主要パラメータを決定していくだけです。
設計例としては、こちらのレポートが参考になります。
RDR-239 – HiperLCS を使用した 150 W LLC 高電圧 DC-DC 共振コンバータのデザイン例レポート
回路図を引用しておきます。
今回の設計目標は、
出力: DC +-48Vで、
入力: PFC 400V、
補助電源: 18V(PFCより)
を想定しています。
トランスは250kHzで駆動できるものとして、
平面トランス(Lpar: PH0802CNL)とトロイダルトランス（Lser: CTX50-1-52-R)で構成します。
PH08XXCNL Series: Planar Transformer Continues Cost-Down Initiative
2次側は、
フルブリッジ構成にして、DC+-48Vを得ます。
ポストフィルタのインダクタ(B78108E1151M009)は、
Inductors RF chokes, BC+ series
フィードバック回路は、
で構成します。
以降は、基板設計に続きます。
3端子レギュレータで正負電源を構成するときは、
ラッチダウン防止のためにSBDを保護回路として入れるように、
データシートに記述があるので認識していましたが、
同期整流で正負電源を構成するときも必要になるようです。
実際、フォワードコンバータによる正負電源の起動時に、
耐圧の異なる同期整流用のMOSFETが
フォワード用とフリーホイール用のいずれも、
正側だけ飛んでしまったので、
ラッチダウンと判断しています。
というわけで、正負電源のラッチダウンに関する資料をまとめておきます。
CMCによる2段LCフィルタ正負CTトランス電源の基板設計です。
整流用ダイオードは、STTH1502FP,
CMCは、7448050530, 7448024503を選択。
回路図はこちら。
配線図はこちら。
上面のベタパターンはこちら。
下面のベタパターンはこちら。
部品数が少ないので、簡単に作れます。
以前、Second-Stage LC Filter Designに基づいて
試作した2段LCフィルタによる正負電源の問題点
（CMCの正負電源での使い方）がわかったので、
再度、LT Spiceで設計してみました。
トランスのCTによるブリッジ整流回路に、
2段LCフィルターをCMCで構成しています。
正負で電流の方向を考慮して、
CMC(7448050530, 7448024503)に接続します。
1次側には突入電流対策として、
ICL（NTC）を接続しています。
2段LCフィルターの定数としては、
L1=30mH, C1=4700uF, L2=3mH, C2=20,000uFとしています。
電源投入時の正側の過渡応答です。
（出力電圧（緑）、1段目L電流(赤)、2段目L電流（青））
負荷は1k Ohmです。
出力電圧のFFTです。
第1ポール(6Hz), 第2ポール(47Hz)なので、
電源周波数50Hzのブリッジ整流に伴う、
100Hzおよびその高調波のリップルが
きれいに抑制できるようです。
