250kHz 140W LLCコンバータの基板設計その2

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:

PH0803CNL, CTX100-1-52-R

補助電源:

LT8315

ブリッジダイオード:

KMB220S

 

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。

 

 

 

 

150W LLCコンバータの基板設計

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

PI Expert Suite

 

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。

 

 

 

 

250kHz 140W LLCコンバータの基板設計

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。

 

 

 

 

250kHz 140W LLCコンバータの回路設計

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、

PI Expert Suite

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

LCPI Inductor

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、

LT4430

Si8710AC-B-IS

で構成します。

 

以降は、基板設計に続きます。

 

 

 

 

正負電源のラッチダウン

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。

電源回路のトラブル事例と対策

三端子レギュレータについて

リニアレギュレータの逆電圧保護

アプリケーションノート YDSV500シリーズの原理と応用 非絶縁DC-DCコンバータ

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

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、74480505307448024503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。

 

CMCによる2段LCフィルタ正負CTトランス電源の回路設計

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。