为了确保良好的投资回报，这些功率转换器必须具备极高的效率（以配合光源效率的提升）和较长的使用寿命（考虑到成本以及它们通常位于偏远或难以到达的位置）。LLC转换器与高效PGC转换放大器级配合使用，在100W以上功率下可提供最佳效率，但在实现可靠的设计之前也存在一些挑战。.
LLC转换器是一种谐振开关转换器，它采用半桥开关与谐振电路串联。在LLC转换器中，高压端和低压端通过串联电容与变压器连接成半桥结构。变压器和电容的电感压缩谐振负载，而两个半桥驱动晶体管交替导通，每个导通阶段之间留有死区时间。.
如图 1 所示，半桥 MOSFET 栅极中的导通参数和寄生元件的变化会导致时间滞后，并可能导致 MOSFET 触发和灾难性故障。触发风险是 LLC 设计开关频率的主要限制因素。.
Power Integrations (PI) 通过名为 HiperLCS™ 的全新产品系列解决了这些问题。HiperLCS 集成电路将 LLC 转换器所需的所有基本功能和保护电路集成到一个单片集成电路系列中，输出功率高达 440 W。<sup>1</sup> 该器件包括两个 530 V 功率 MOSFET、高低压驱动器、LLC 驱动器、欠压和过压关断以及欠压保护。.
在HiperLCS集成电路中，高压输出MOSFET与驱动器、电平转换器和控制器紧密耦合在单个硅芯片上。这使得驱动系统的变化能够被精确控制，从而补偿所有寄生元件的影响。此外，死区时间和占空比在制造过程中逐个器件进行调整，使占空比的平衡度控制在±1%以内。.
通过精确控制导通时间，HiperLCS集成电路能够在500 kHz的开关频率和1 MHz的最高工作频率下保持标称稳态运行。如此高的开关频率至关重要，因为它允许在输出电路中使用低成本的SMD陶瓷电容器，而非体积庞大的电解电容器。陶瓷电容器在区域照明等长寿命应用中也更受欢迎，因为它们不会像电解电容器那样出现参数漂移或过早失效的情况——电解电容器在高温下往往会失效。
使用高开关频率的另一个优势是，所需的变压器和输出电感器尺寸显著减小，从而可以实现高度低至11 mm的超薄设计。
精确调节占空比可确保两个输出二极管之间以及变压器次级绕组两半之间实现精确的占空比切换。因此，无需为了适应电流不平衡而增大输出二极管的尺寸。
如果占空比出现不平衡，则必须指定输出二极管能够承受最坏情况下的峰值电流。变压器也需要设计成能够提供更高的电流。显然，由于这些更高的峰值电流会导致 I²R 损耗，效率可能会降低。
图 6 展示了配备 HiperLCS 输出器件的完整电源的基本元件。在交流输入端，X CAPZero™ 放电电容 IC 通过放电保护电阻防止直流漏电流，从而节省能量。HiperPFS™ 高效功率因数校正器 IC 为 HiperLCS 器件的输出级提供 380 VDC 电压。TOPSwitch™-JX 系列器件提供超低功耗的备用电源，其用途有两个：首先，它支持远程主电源开关等功能；其次，在主电源处于待机模式时，它为 HiperPFS 和 HiperLCS 器件提供 12 VDC 电压。.
效率：
HiperLCS集成电路有两种使用模式。对于高性能设计，其谐振控制电路可实现低功耗，在66 kHz的标称开关频率下，效率可超过97%。如果成本和尺寸是决定性的设计标准，则需要更高的开关频率。在这种情况下，效率仍然很高——例如，在250 kHz（达到最大功率的频率）时，效率可达96%。
如图6所示，当与HiperPFS功率因数校正器的输入端耦合时，该设计在满载时可实现超过89%的整体效率。
建模：
HiperLCS 集成电路允许设计人员通过设置最大和最小开关频率和死区时间等参数来优化设计，以匹配列车的功率要求。
电源进入突发模式的频率也可以调节。这使得电源系统能够在输入电压上升期间保持零负载调节的同时，优化效率。.
鉴于设计人员拥有如此多的选择，使用精确的建模工具来模拟电路行为并自动设计变压器和电感器至关重要。Power Integrations 的 Xls Expert Suite Version 8 软件是一款实时设计和建模工具，与 HiperLCS 设计完全兼容。该软件为第一步设计提供了完整的功能，包括变压器和谐振功率传动系统。Xls 中独特的开关模型精度高达 3%，相比大多数精度仅为 15% 的简化交流模型，这是一个显著的改进。更高的精度显著缩短了设计周期，无需进行多次迭代原型制作。Power Integrations 发布的应用笔记 AN-55 详细介绍了如何使用 Xls 设计 HiperLCS 应用。.
紧凑设计：
由于需要在 500 kHz 频率下进行大电流开关，因此必须仔细考虑元件和线路的布局，才能实现最佳性能。HiperLCS IC 上的某些引脚，例如反馈引脚和死区时间/突发频率引脚，对噪声非常敏感，因此需要进行去耦。变压器既是高 di/dt 信号源，也是高 dv/dt 噪声源。di/dt 信号会通过磁耦合影响敏感电路，而 dv/dt 信号则会通过静电耦合引入噪声。虽然可以通过将变压器铁芯接地来降低静电噪声耦合，但这在不大幅降低变压器效率的情况下，对于降低变压器周围的磁漏场而言并不经济。走线和敏感元件（例如光耦合器）应远离变压器，以避免噪声干扰。
HiperLCS 数据手册包含有关如何解决元件布局和走线设计问题的更详细信息。图 7 显示了一个示例。.
Power Integrations 的“参考设计报告 RDR-239”描述了一款完整的 HiperLCS 设计，适用于户外照明应用。该转换器在 24V 电压下可产生 6.25A 的输出，满载效率 > 95%(3)。RDK-239 参考设计套件包含电源、采样器件、清晰的 PCB 布局图、数据手册、全面的工程报告、PI Exper 设计软件以及其他相关文档。.
借助 HiperLCS，Power Integrations 简化并加速了高效 LLC 转换器的设计。该集成器件可处理同步和干扰控制，并且随附的评估示例可帮助设计人员快速上手。HiperLCS 技术为 LED 路灯和区域照明的调试提供了一种新的资源，利用更高效率的转换器可实现更大的节能效果。.
参考文献
：1. LCS700-708 HiperLCS™系列集成LLC控制器、高压功率MOSFET和驱动器。2011年6月。www.powerint.com
2. 应用笔记AN-55 HiperLCS系列设计指南。2011年6月。www.powerint.com
3. 基于HiperLCSTM LCS702HG的150 W LLC高压DC-DC谐振转换器参考设计报告。2011年9月13日。www.powerint.com
