準諧振SMPS控制器L6565功能原理及應用

1概述

ST公司在近期推出的L6565單片IC，是適用于準諧振（QR）零電壓開關（ZVS）回掃變換器電流型初級控制器。QR操作依靠變壓器退磁感測輸入獲得，變換器功率容量隨主線電壓變化通過線路電壓前饋補償。在輕載時，L6565自動降低工作頻率，但仍然盡可能保持接近ZVS運行。

L6565的主要特點如下：

?QRZVS回掃拓撲電流型初級控制；

?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頻率；

?逐周脈沖與打嗝（hiccup）模式過電流保護（OCP）；

?超低起動電流（<70μA）和靜態(tài)電流（<3.5mA）；

?堵塞功能（開/關控制）；

?2?5V±1％的內(nèi)部基準電壓；

?±400mA的圖騰驅(qū)動器，在欠電壓閉鎖（UVLO）

情況下，保持輸出低電平。

L6565的主要應用包括TV/監(jiān)視器開關型電源（SMPS）、AC/DC適配器/充電器、數(shù)字消費類產(chǎn)品、打印機、傳真機和掃描設備等。

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）電流感測輸入；

腳5（ZCD）變壓器退磁零電流檢測輸入；

腳6（GND）地；

腳7（GD）柵極驅(qū)動器輸出；

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及相關電路

（1）電源

L6565的電源電路如圖2所示。IC腳VCC的導通門限電壓典型值是13?5V，關閉門限電壓典型值是9?5V。一旦VCC腳導通，IC內(nèi)部柵極驅(qū)動器電壓直接由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。一個內(nèi)部2?5V±1％的精密電壓，供給初級反饋控制環(huán)路使用。一旦VCC降至UVLO門限電壓以下，IC輸出則被關斷。IC腳VCC外部連接電阻R和電容C組成的起動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（ZCD）

L6565的零電流檢測（ZCD）及相關電路如圖3所示。為在QR下運行，IC需要檢測變壓器退磁信號。IC腳ZCD上的輸入信號，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)電路在負向脈沖沿降至1?6V之前則被起動。腳5上的正向脈沖沿歷經(jīng)2?1V，并直達5?2V。在外部MOSFET已被關斷之后，觸發(fā)電路將消隱一定時間（≥3.5μs），以阻止任何負向脈沖沿跟隨漏感退磁，并實現(xiàn)頻率折彎功能。

L6565內(nèi)置起動電路，在IC起動期間迫使驅(qū)動器給出一個脈沖施加到MOSFET的柵極，驅(qū)動MOSFET導通，以在IC腳ZCD上產(chǎn)生一個輸入信號。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的門限，器件將被關閉。為使器件重新運行，則ZCD腳上的電位下拉必須予以解除。

（3）頻率折彎

為防止QR回掃變換器的開關頻率過高，L6565對開關的最小關斷時間給予限制。事實上，ZCD消隱時間間隔（最小值是3?5μs）是誤差放大器輸出VCOMP的函數(shù)，負載愈低，VCOMP愈小，而消隱時間（TBLANK）也就愈長。一旦負載電流和輸入電壓使開關截止時間降低到3?5μs的最小消隱時間以下，系統(tǒng)將進入頻率折彎模式。在該模式中，在一些線路/負載條件下，能觀察到不規(guī)則的開關周期。當負載足夠小時，因消隱時間的增加，許多振鈴周期被越過，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)模式運行，外部MOSFET處于關斷狀態(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，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行控制，并且通常利用可編程峰值初級電流（IPKP）鉗位控制電壓（VCSX）來限制最大峰值初級電流（IPKPmax）。在固定頻率斷續(xù)傳導模式（DCM）回掃變換器中，能夠提供獨立于輸入電壓（Vin）的理想功率容量。但對于QRZVS回掃變換器，功率容量強烈依賴于輸入電壓。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用中，必須阻止功率容量隨輸入電壓而急劇變化。L6565有一個線路前饋功能，可以解決這個問題。

L6565的線路電壓前饋及其相關電路如圖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電路

圖6過電流調(diào)整點控制電壓VCSX與前饋電壓VFF之間關系

圖7功率容量與輸入電壓之間關系曲線

圖8初級反饋電路

圖9次級反饋環(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(c)INV接地、COMP沒有使用

過電流調(diào)整點（setpoint）上的控制電壓（VCSX）鉗位電平。前饋電壓（VFF）越高，調(diào)整點控制電壓（VCSX）則越低。圖6示出了VCSX與VFF之間的關系曲線。

在前饋電壓VFF與誤差放大器（E/A）輸出VCOMP相結合，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，過電流調(diào)整點控制電壓VCSX為：

VCSX=0.44·(3－VFF)=0.44·(3－KVin)

式中K=R2/(R1＋R2)。只要選擇適當?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，在初級反饋方案中，來自輔助繞組產(chǎn)生的電壓，并通過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，以履行對變換器輸出電壓的調(diào)節(jié)。

在次級反饋方案中，一般是利用TL431和光耦器組成從次級到初級側的反饋環(huán)路，將輸出電壓波動信號取樣并饋送到變換器初級側，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，用作控制環(huán)路補償。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，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

初級瞬時電感電流在MOSFET源極傳感電阻RS

圖10帶UVLO拉低的柵極驅(qū)動器

圖11用L6565作控制器的40W噴墨打印機SMPS電路

上轉(zhuǎn)換為與初級電流成正比的電壓，通過L6565腳CS輸入到PWM比較器同相輸入端（見圖5）。L6565腳CS上電流感測輸入與線路電壓前饋電路的輸出進行比較，決定外部MOSFET關斷時的精確時間。PWM閉鎖能避免MOSFET因噪聲引起的虛假開關。如果IC腳CS上的電壓超過2V的門限，打嗝比較器則被起動，柵極驅(qū)動器截止。該條件的發(fā)生通常是由次級整流器或次級繞組短路引起，因此打嗝模式起過電流保護（OCP）作用。在打嗝模式下，將出現(xiàn)低頻間歇運行。

（7）柵極驅(qū)動器

L6565帶UVLO拉低的柵極驅(qū)動器電路如圖10所示。由高端NPN復合晶體管和低端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)動外部功率MOSFET。外部功率MOSFET柵?源極之間，無需連接鉗位二極管。

在UVLO條件下，內(nèi)部下拉電路保持驅(qū)動器輸出低電平，保證外部MOSFET不能導通。

3典型應用

用L6565作控制器的40W噴墨打印機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回掃變換器拓撲和次級反饋方案。L6565的腳1（INV）接地，利用腳2（COMP）上的反饋信號直接調(diào)制占空因數(shù)。

變壓器采用ETD29×16×10磁芯（3C85材料），初級電感為700μH，氣隙長度約為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）。