GC2560A高性能谐振式半桥开关电源控制器，可编程的最低开关频率精度可达4%

1. 芯片简介
1.1 概述
GC2560A 是一款高性能 LLC 半桥谐振转换控制器，可用于 DC/DC 转换。电路设计采用了谐振拓扑， 特别适合 LLC 半桥式谐振转换器应用。该芯片引脚少，成本低，但功能一样都不少，比较适合 LLC电路的灵活设计。这个集成度很高的 LLC 芯片使用了频率调制控制模式, 把整个 LLC 的系统功能集成到一片只有 8 个脚的芯片内.，采用 GC2560A 做 LLC 控制器，可以显著的简化系统设计，PCB 布线,，缩小新产品上市时间。

LLC 谐振式电源控制方案在类似于液晶电视一类产品，需要电源和系统硬件一体化设计时。表现出突出的优点，是目前系统电源一体化应用最好的设计，比用常规正激电路在 LVDTV 中的效果好的多，不仅效率高，尤其是它对屏幕的干扰最小。用户可以从本文中高性能谐振式半桥开关电源控制器GC2560 应用电路图看出，仅有 8个脚的 LLC 控制芯片 GC2560 构成的 LLC 半桥电路有多简单。

1.2芯片电路结构
内部振荡器支持的高精度开关频率从 40kHz~350kHz，它的最小开关频率公差为 4%，使得设计者避免了在功率级别的超标准设计，因此，更加节约了整个系统的成本。可编程的死区时间实现了磁化电流最小化的零电压开关，这个特点将使系统在不同应用中实现最佳效率。芯片内集成的可编程的软起动计时器，在满足使用半桥拓扑结构终端设备的不同需求时，可最大程度的提供设计便利。利用芯片提供的 0.4A 流出和 0.8A 灌入的栅驱动对管的驱动能力，直接驱动变压器是一个低成本，高可靠的实惠选择。需要提及的是，LLC 半桥应用于 LCD TV 是目前最好的设计。比用双晶正激电路在 LCD TV 中的效果好多了，不仅效率高，主要是它对屏幕的干扰最小。

另外，GC2560A 还将完整的系统保护功能，包括过电流保护，低压关断，偏置电源过压保护，过温保护功能集成在内。

2. 特点
2.1 芯片特点提示
◆可编程的软启动时间
◆可编程的死区时间，实现最佳效率
◆可编程的最高开关频率

◆可编程的最低开关频率，精度可达 4%
◆集成的栅驱动器，0.4A 流出，0.8A 灌入能力
◆易于打开/关断的控制
◆具有过流和过温保护
◆死区时间匹配过程只需 50ns
◆计时器软启动过程所需 1ms~500ms
◆双层过流保护结构，自动修复和闭锁
◆具有 UV 和 OV 偏压
◆工作温度范围：-40～+125℃
◆ 典型封装形式为 SOP8

3.应用
3.1 应用领域：
◆ 100W 到 1000W 的开关电源
◆ LCD、等离子、及 DLP 电视
◆ 计算机电源和 ATX 电源
◆ 家用音响电源

4.2GC2560A 典型应用电路图
4.1

5. GC2560A 物理和电特性
5.1 GC2560A 管脚功能定义

5.2. 管脚说明

5.3 内部框图

6.极限工作条件
1）各引脚参数的最大范围（无特别说明的情况下，以下条件均适合在自由空气中参考）

2）推荐工作条件（无特别说明的情况下，以下条件均适合在自由空气中参考）

3）电学特性
在没有特别说明的情况下，自由空气中：
空气温度(TA)范围-40~125℃，TJ = TA,VCC = 12V,GND = 0V,RRT = 4.7KΩ,RDT = 16.9KΩ,CVCC = 1μF.

7. 应用指导信息
7.1 操作原理
◆ 软开关能力，高效率，长持续时间使得 LLC 共振转换器有很多应用，比如数字电视，直流/交流适配器，电脑电源等等。下图为 LLC 共振转换器的电路原理图：

LLC 振荡转换器是在串联振荡转换器的基础之上的。利用变压器磁化感应器，零电压开关可以很完美的实现宽范围的输入电压和负载。在开关频率无论是高于还是低于振荡频率时，多振荡器结构和零电压开关都可以很好的被维持。这样就简化了转化器的设计，避免零电流开关区域，因为该区域会对系统造成破坏。在标定输入电压下，当操作接近本身振荡频率时，转换器的效率可实现最佳化。值得注意的是，开关频率会削弱电流增益。当输入降低时，允许转换器来维持系统的正常运转。这些特点使得转换器非常适合操作高压推进 PFC 前置调节器的输出，允许短时间内维持 AC电压线下降。

◆ 由于振荡转换器的特性，所有振荡器上的电压和电流接近正弦波。基于 FHA 来分析 LLC 振荡转换器的特性，所有的电压和电流被处理成正弦波，同时频率和开关频率一致。
◆ 根据转换器的主要操作原理，LLC 振荡转换器可以被等效成如下电路图：

◆ 在上面的等效电路中，Vge 为半桥电路产生的电压，Voe 为变压器主控制端产生的电压。这两个电压可以通过傅里叶分析法计算，负载电阻 Re 为外接负载等效电阻，可以通过下式计算：

◆ 根据等效电路，转换器在不同开关频率下的增益可以通过下式计算得出：

7.2 可调整的空载时间
◆ 谐振半桥转换器依靠 mos 管关断时的谐振回路电流来实现软开启，同时降低开关的耗能。高关断电流可以提供更多的能量来消除结电容，但是开关能耗相对高一些。低的关断电流比较节能，但是需要较长的时间来消除结电容来实现软开关。选择适当的空载时间，为了维持零电压开关，关断电流必须为最小值，这样系统将达到最佳性能。

◆ GC2560 可以通过 DT 引脚接地，并在 DT 引脚和地端接入电阻来获得合适的空载时间。比如，内部电压为 2.25V，则流过电阻的电流可以用来设置空载时间：

◆ 为了防止 DT 与地端直接接触而引起击穿，2 门级驱动输出的最小空载时间为 120ns。所以小于120ns 的空载时间设置，也都会默认为 120ns。

7.3 振荡器
◆ 对于变化的开关频率控制，GC2560 主要是依靠内部振荡器来改变开关频率。振荡器由引脚 RT的输出电流控制。除了在软启动期间，门级信号频率和 RT 引脚输出电流之间的关系可以用下式表示：

◆ 由上式来看，开关频率与电流近似于正比关系，那么通过设置 RT 引脚输出电流的大小就可以很简单的控制转换器开关的频率。下图所示，RT 引脚与地之间有两个支路：RT 引脚和地端之间接入电阻 R2 来控制最小电流，RT 和地端之间接入电阻 R1 和光耦合三极管来控制最大电流。

◆ 限流电阻的大小可以根据下面的方程式计算得出：

7.4 软启动
◆ 在开始运行到故障排除期间，软启动用来防止谐振回路过大的电流以及保证零电压开关（ZVS）。在软启动期间，开关频率增加。可以通过在引脚 SS 和地端之间接入电容来编程软启动的运行时间。

◆ 软启动引脚 SS 也可以承担器件开关控制的角色。将 SS 引脚的电压下拉到 1V 以下，可以关断器件。当下拉动作被移除，SS 引脚端的电压会因为内部电流的充电而升高。当 SS 引脚电压大于 1.2V，器件开始产生门级驱动信号，进入软启动模式。软启动的时间顺序如下图所示：

◆ 为了防止开指令和感知门级驱动信号之间的时间过长，SS 引脚的电流被设置成两个不同的等级。当 SS 引脚电压低于 1.2V，输出电流为 175μA，这个电流会对软启动引脚连接的电容充电，使得软启动引脚的电压在短时间内升至 1.2V，减少了延迟时间。延迟时间可以通过下式计算得出：

◆ 软启动期间的开关频率由 RT 引脚的输出电流以及 SS 引脚的电压共同决定。开关频率可以通过下式计算得出：

◆ SS 引脚的电压达到 4V 时，软启动运行结束，开关频率达到 RT 电流所对应的频率，SS 引脚电压从 1.2V 升至 4V 所需要的充电时间被定义为软启动的运行时间，通过下式可计算得出：

◆ 为了保证操作的可靠性，门级驱动在 GD2 上升沿时重新启动，这样来防止系统在运行期间的突发事件。

7.5 触发模式操作
◆ 在轻负荷期间，谐振转换器会增加其开关频率，来维持一定的输出电压。但是由于变压器寄生电容和整流二极管的结电容产生的鸣声，能量会直接通过电容加到负载端。当该能量大于负载最大值，输出电压会大于额定电压。这种情况下，增加开关频率将不会有明显的帮助，因为能量并不是通过电源加到负载上的。

◆ 这种情况下，为了防止输出电压超出额定电压，GC2560 设计了触发模式操作功能。当操作系统要求开关频率大于 350KHz，门级驱动关断，同时电源关闭来停止开关运行。当输出电压下降，控制系统要求开关频率少于 330KHz，门级驱动和电源会重新恢复启动。这样输出电压为额定电压。

◆ 限制开关最大频率小于 350KHz 时，触发模式操作将会失效。这种情况下，操作系统永远不会要求开关频率高于 350KHz，触发模式也永远不会被调用。

7.6 过流保护
◆ 防止超负载情况下的电源失效，GC2560 设计包含一个过流保护功能。过流保护的专用引脚为引脚 OC，引脚 OC 电压大于 1V 时，电源关断。当 OC 端电压小于 0.6V 时，门级驱动恢复，进入软启动程序。为了强调系统的安全，当 OC 端电压大于 2.0V 时，GC2560 整个系统被锁定。将 VCC 降到UVLO 水平后，系统重启。

◆ 可以通过下面的电路来探测谐振电容的电压，从而间接的知道电流值。

◆ 上图探测电流的方法涉及的一般概念为：通过谐振电容的交流电压与负载电流成比例。
◆ 根据 FHA 模式，谐振电容交流部分的峰值电压可以根据下式计算得出：

◆ 因此，在最小开关频率和最大负载时，谐振电容电压值最大。根据上式，电流测试电路的各个部分的值可以被计算出来。由于 FHA 模式的特性，最终的电路参数需要实际测量来进行验证。

7.7 门级驱动
◆ 将近 50%的工作周期方波电压控制板桥谐振转换器。这样允许半桥结构很容易就被门级变压器驱动。与半桥驱动器件相比，门级变压器驱动可以提供稳定而可靠的解决方案：
消除门级驱动电源的需求。
使布局布线更加简单。
防止变压器短接而引起的击穿。
没有栓锁效应
◆ GC2560 集成了 0.4A 和 0.8A 两个门级驱动器机制，来驱动门级变压器。
◆ 对于 LLC 谐振转换器，门极驱动器信号必须精确对称，否则，该谐振槽操作将是对称的。由于输出端整流器的存在，负载电流的分配会失去平衡。因此要求在设计时要特别注意电源和热量的管理。
◆ GC2560 的门级输出的匹配误差仅有 50ns，可以用精确平衡来形容这个结果。虽然门级驱动信号十分对称，但是为了保险起见，还是建议在门级驱动变压器的初级端插入隔直流电容器，来防止变压器瞬间饱和。

7.8 VCC
◆ 连接调制偏置电源到 VCC 引脚。当 VCC 到达 10.5V，器件将被启动，紧接着故障状态被清除，门驱动伴随着软启动开始。当 VCC 下降到低于 9.5V 时，器件进去 UVLO 保护模式，两个门驱动被下拉。当 VCC 上升到 20V 以上时，器件进入过压保护模式，整个器件停止工作，同事门驱动被下拉。器件可以在 VCC 降到 18V 以下时伴随着着软启动从过压保护恢复到正常工作状态。

7.9 过温保护
◆ GC2560 持续感知其结温度，当结温度达到 160℃以上时，进入过温保护模式，两个门驱动被下拉。当结温度降至 140℃以下时，门驱动会伴随着软启动重新启动。

8.封装尺寸图

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