山東省臨沂市電子工業(yè)公司毛興武(臨沂276004)

北京智千里科貿(mào)有限公司祝大衛(wèi)(北京100013)


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1概述

ST公司在近期推出的L6565單片IC,是適用于準(zhǔn)諧振(QR)零電壓開(kāi)關(guān)(ZVS)回掃變換器電流型初級(jí)控制器.QR操作依靠變壓器退磁感測(cè)輸入獲得,變換器功率容量隨主線(xiàn)電壓變化通過(guò)線(xiàn)路電壓前饋補(bǔ)償.在輕載時(shí),L6565自動(dòng)降低工作頻率,但仍然盡可能保持接近ZVS運(yùn)行.

L6565的主要特點(diǎn)如下:

QRZVS回掃拓?fù)潆娏餍统跫?jí)控制;

線(xiàn)路電壓前饋控制保證交付恒定功率;

頻率折彎(foldback)功能可獲得最佳待機(jī)頻率;

逐周脈沖與打嗝(hiccup)模式過(guò)電流保護(hù)(OCP);

超低起動(dòng)電流(<70μA)和靜態(tài)電流(<3.5mA);

堵塞功能(開(kāi)/關(guān)控制);

25V±1%的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓;

±400mA的圖騰驅(qū)動(dòng)器,在欠電壓閉鎖(UVLO)

情況下,保持輸出低電平.

L6565的主要應(yīng)用包括TV/監(jiān)視器開(kāi)關(guān)型電源(SMPS)、AC/DC適配器/充電器、數(shù)字消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品、打印機(jī)、傳真機(jī)和掃描設(shè)備等.

2功能與工作原理

21封裝及引腳功能

L6565采用8腳DIP(L6565N)和8腳SO(L6565D)封裝,引腳排列如圖1所示.

L6565的引腳功能分別為:

腳1(INV)誤差放大器反相輸入;

腳2(COMP)誤差放大器輸出;

腳3(VFF)線(xiàn)路電壓前饋;

腳4(CS)電流感測(cè)輸入;

腳5(ZCD)變壓器退磁零電流檢測(cè)輸入;

腳6(GND)地;

腳7(GD)柵極驅(qū)動(dòng)器輸出;

腳8(VCC)電源電壓.

22工作原理



圖1L6565引腳排列



圖2L6565電源電路



圖3ZCD及相關(guān)電路

(1)電源

L6565的電源電路如圖2所示.IC腳VCC的導(dǎo)通門(mén)限電壓典型值是135V,關(guān)閉門(mén)限電壓典型值是95V.一旦VCC腳導(dǎo)通,IC內(nèi)部柵極驅(qū)動(dòng)器電壓直接由VCC提供,其它內(nèi)部所有電路的工作電壓均由線(xiàn)性調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的7V電壓供給.一個(gè)內(nèi)部25V±1%的精密電壓,供給初級(jí)反饋控制環(huán)路使用.一旦VCC降至UVLO門(mén)限電壓以下,IC輸出則被關(guān)斷.IC腳VCC外部連接電阻R和電容C組成的起動(dòng)電路及變壓器輔助繞組和整流二極管等組成的輔助電源電路.

(2)零電流檢測(cè)(ZCD)

L6565的零電流檢測(cè)(ZCD)及相關(guān)電路如圖3所示.為在QR下運(yùn)行,IC需要檢測(cè)變壓器退磁信號(hào).IC腳ZCD上的輸入信號(hào),可以從施加于VCC的變壓器輔助繞組獲得.如果施加到ZCD腳上的負(fù)向脈沖沿降至16V以下,ZCD電路將接通外部MOSFET.為保證高抗噪擾度,觸發(fā)電路在負(fù)向脈沖沿降至16V之前則被起動(dòng).腳5上的正向脈沖沿歷經(jīng)21V,并直達(dá)52V.在外部MOSFET已被關(guān)斷之后,觸發(fā)電路將消隱一定時(shí)間(≥3.5μs),以阻止任何負(fù)向脈沖沿跟隨漏感退磁,并實(shí)現(xiàn)頻率折彎功能.

L6565內(nèi)置起動(dòng)電路,在IC起動(dòng)期間迫使驅(qū)動(dòng)器給出一個(gè)脈沖施加到MOSFET的柵極,驅(qū)動(dòng)MOSFET導(dǎo)通,以在IC腳ZCD上產(chǎn)生一個(gè)輸入信號(hào).IC腳ZCD上的電壓受到雙鉗位限制,上面的鉗位電壓是52V,底部的鉗位電壓為VBE(065V).

L6565的ZCD腳還用作觸發(fā)禁止電路.如果該腳上的電壓降低到200mV的門(mén)限,器件將被關(guān)閉.為使器件重新運(yùn)行,則ZCD腳上的電位下拉必須予以解除.

(3)頻率折彎

為防止QR回掃變換器的開(kāi)關(guān)頻率過(guò)高,L6565對(duì)開(kāi)關(guān)的最小關(guān)斷時(shí)間給予限制.事實(shí)上,ZCD消隱時(shí)間間隔(最小值是35μs)是誤差放大器輸出VCOMP的函數(shù),負(fù)載愈低,VCOMP愈小,而消隱時(shí)間(TBLANK)也就愈長(zhǎng).一旦負(fù)載電流和輸入電壓使開(kāi)關(guān)截止時(shí)間降低到35μs的最小消隱時(shí)間以下,系統(tǒng)將進(jìn)入頻率折彎模式.在該模式中,在一些線(xiàn)路/負(fù)載條件下,能觀察到不規(guī)則的開(kāi)關(guān)周期.當(dāng)負(fù)載足夠小時(shí),因消隱時(shí)間的增加,許多振鈴周期被越過(guò),并且其幅值變得非常小,不能再觸發(fā)ZCD電路,從而產(chǎn)生突發(fā)模式運(yùn)行,外部MOSFET處于關(guān)斷狀態(tài).圖4定性描述了L6565的頻率折彎特性.

(4)電壓前饋

采用電流型控制方案時(shí),系統(tǒng)能交付到輸入的最大功率(PinLim),稱(chēng)作功率容量.功率容量可以依靠逐周脈沖電流限制進(jìn)行控制,并且通常利用可編程峰值初級(jí)電流(IPKP)鉗位控制電壓(VCSX)來(lái)限制最大峰值初級(jí)電流(IPKPmax).在固定頻率斷續(xù)傳導(dǎo)模式(DCM)回掃變換器中,能夠提供獨(dú)立于輸入電壓(Vin)的理想功率容量.但對(duì)于QRZVS回掃變換器,功率容量強(qiáng)烈依賴(lài)于輸入電壓.在最大輸入電壓是最小輸入電壓兩倍以上的寬范圍主線(xiàn)電壓應(yīng)用中,必須阻止功率容量隨輸入電壓而急劇變化.L6565有一個(gè)線(xiàn)路前饋功能,可以解決這個(gè)問(wèn)題.

L6565的線(xiàn)路電壓前饋及其相關(guān)電路如圖5所示.ZVSQR回掃變壓器的線(xiàn)路電壓經(jīng)R1和R2組成的電阻分壓器取樣饋送到IC腳VFF.前饋電壓影響



圖4L6565的頻率折彎特性



圖5L6565的線(xiàn)路電壓前饋及相關(guān)電路



圖6過(guò)電流調(diào)整點(diǎn)控制電壓VCSX與前饋電壓VFF之間關(guān)系



圖7功率容量與輸入電壓之間關(guān)系曲線(xiàn)



圖8初級(jí)反饋電路



圖9次級(jí)反饋環(huán)路組成方式

(a)COMP與INV之間連接RC(b)INV接地、COMP由光耦驅(qū)動(dòng)(c)INV接地、COMP沒(méi)有使用

過(guò)電流調(diào)整點(diǎn)(setpoint)上的控制電壓(VCSX)鉗位電平.前饋電壓(VFF)越高,調(diào)整點(diǎn)控制電壓(VCSX)則越低.圖6示出了VCSX與VFF之間的關(guān)系曲線(xiàn).

在前饋電壓VFF與誤差放大器(E/A)輸出VCOMP相結(jié)合,為PWM比較器確定內(nèi)部參考電壓:VCS=0.14·(VCOMP-2.5)·(3-VFF).誤差放大器的鉗位輸出電平是56V,于是,過(guò)電流調(diào)整點(diǎn)控制電壓VCSX為:

VCSX=0.44·(3-VFF)=0.44·(3-KVin)

式中K=R2/(R1+R2).只要選擇適當(dāng)?shù)姆謮罕?就可獲得較理想的校正,使線(xiàn)路前饋遞交恒定功率,如圖7中下面的曲線(xiàn)所示.

(5)誤差放大器

誤差放大器在IC腳1上的反相輸入電壓信號(hào),在初級(jí)反饋方案中,來(lái)自輔助繞組產(chǎn)生的電壓,并通過(guò)電阻分壓器取樣提供,如圖8所示.IC腳1上的電壓與內(nèi)部25V的參考電壓比較,以履行對(duì)變換器輸出電壓的調(diào)節(jié).

在次級(jí)反饋方案中,一般是利用TL431和光耦器組成從次級(jí)到初級(jí)側(cè)的反饋環(huán)路,將輸出電壓波動(dòng)信號(hào)取樣并饋送到變換器初級(jí)側(cè),如圖9所示.在圖9(a)中,誤差放大器輸出(COMP)與反相輸入(INV)之間連接的RC網(wǎng)絡(luò),用作控制環(huán)路補(bǔ)償.在圖9(b)中,IC的INV腳接地,COMP腳直接由發(fā)射極接地的光耦晶體管驅(qū)動(dòng),誤差放大器作為電流源使用.在圖9(c)中,IC腳INV接地,誤差放大器沒(méi)有使用.這種反饋方式在器件要求工作于同步模式并不作為QR控制器情況下,才被采用.

(6)電流比較器、PWM閉鎖與打嗝模式OCP

初級(jí)瞬時(shí)電感電流在MOSFET源極傳感電阻RS



圖10帶UVLO拉低的柵極驅(qū)動(dòng)器



圖11用L6565作控制器的40W噴墨打印機(jī)SMPS電路

上轉(zhuǎn)換為與初級(jí)電流成正比的電壓,通過(guò)L6565腳CS輸入到PWM比較器同相輸入端(見(jiàn)圖5).L6565腳CS上電流感測(cè)輸入與線(xiàn)路電壓前饋電路的輸出進(jìn)行比較,決定外部MOSFET關(guān)斷時(shí)的精確時(shí)間.PWM閉鎖能避免MOSFET因噪聲引起的虛假開(kāi)關(guān).如果IC腳CS上的電壓超過(guò)2V的門(mén)限,打嗝比較器則被起動(dòng),柵極驅(qū)動(dòng)器截止.該條件的發(fā)生通常是由次級(jí)整流器或次級(jí)繞組短路引起,因此打嗝模式起過(guò)電流保護(hù)(OCP)作用.在打嗝模式下,將出現(xiàn)低頻間歇運(yùn)行.

(7)柵極驅(qū)動(dòng)器

L6565帶UVLO拉低的柵極驅(qū)動(dòng)器電路如圖10所示.由高端NPN復(fù)合晶體管和低端MOSFET組成的圖騰(推拉)緩沖器,帶400mA的源電流或吸收(sink)電流,驅(qū)動(dòng)外部功率MOSFET.外部功率MOSFET柵源極之間,無(wú)需連接鉗位二極管.

在UVLO條件下,內(nèi)部下拉電路保持驅(qū)動(dòng)器輸出低電平,保證外部MOSFET不能導(dǎo)通.

3典型應(yīng)用

用L6565作控制器的40W噴墨打印機(jī)SMPS電路如圖11所示.該SMPS的AC輸入電壓范圍從88V到264V,三路輸出分別為28V/0.7A、12V/1.5A和5V/0.5A.這種SMPS采用QRZVS回掃變換器拓?fù)浜痛渭?jí)反饋方案.L6565的腳1(INV)接地,利用腳2(COMP)上的反饋信號(hào)直接調(diào)制占空因數(shù).

變壓器采用ETD29×16×10磁芯(3C85材料),初級(jí)電感為700μH,氣隙長(zhǎng)度約為1mm.N1=75T(線(xiàn)徑:0.51mm),N2=8T(線(xiàn)徑:0.51mm),N3=7T(線(xiàn)徑:0.89mm),N4=3T(線(xiàn)徑:0.89mm),N5=7T(線(xiàn)徑:0.24mm).