準(zhǔn)諧振SMPS控制器L6565功能原理及應(yīng)用

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電壓變化通過(guò)線路電壓前饋補(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)線路前饋功能，可以解決這個(gè)問(wèn)題。

L6565的線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

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。

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)姆謮罕龋涂色@得較理想的校正，使線路前饋遞交恒定功率，如圖7中下面的曲線所示。

（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（線徑：?0.51mm），N2=8T（線徑：?0.51mm），N3=7T（線徑：?0.89mm），N4=3T（線徑：?0.89mm），N5=7T（線徑：?0.24mm）。