能有效简化电源设计的高压谐振控制器L6598

2006-05-07 15:49:47来源: 国外电子元器件

它采用BCD(双极-CMOS-DMOS)离线(Off Line)技术制造,干线(Rail)电压值达600V。可用于带谐振拓朴的AC/DC适配器、DC/DC模块和CTV以及监视器等系统的高效电源,能取代以往由两个芯片组成的半桥谐振器,同时也可替代端谐振变换器。另外,L6598的价格较低,1万只以上时,L6598的单价仅为1美元。因此采用L6598不仅能简化电源设计,而且可以提高电源的性能价格比。

2 功能结构及工作条件

    L6598/L6598D分别采用16脚DIP和SO封装,图1所示为其引脚排列是。表1列出了L6598的引脚功能。

表1 L6598的引脚名称及功能

脚  号 名  称

功    能

1 Css 软启动电容端
2 Rfstart 软启动频率设定(低阻抗电压源)
3 Cf 振荡器频率设定
4 Rfmin 最低振荡频率设定(低阻抗电压源)
5 OPOUT 检测运算放大器输出(低阻抗)
6 OPIN- 检测运算放大器反相输入(高阻抗)
7 OPIN+ 检测运算放大器同相输入(高阻抗)
8 EN1 半桥封锁使能
9 EN2 半桥非封锁使能
10 GND
11 LVG 低端驱动器输出
12 Vs 电源电压,带内部齐纳二极管钳位
13 N.C. 未连接
14 OUT 高端驱动器参考(半桥输出)
15 HVG 高端驱动器输出
16 VBOOT 自举电源电压

    L6598电源电压Vs的启动门限典型值为10.7V,启动电流为250μA,静态工作电流是2mA。L6598的Vs脚上的钳位电压VCL为15.6V(±1V),在VCL下的最大电源电流Is为25mA。脚16上的最高浮置电源电压(VBOOT)为618V,脚14上的输出电压(高端参考)范围为-1V~VBOOT-18V,低端输出最高电压VLVG为14.6V,高端输出电压VHVG的最大范围为-1V~VBOOT。L6598的最高结温为150℃,工作环境温度为-40℃+150℃。

    L6598的内部结构如图2所示,可以看出,L6598主要由压控振荡器(VCO)、检测运算放大器(OP AMP)、两个带使能(Enable)输入的比较器、控制逻辑、高/低端驱动器、自举驱动器和欠电压封锁及软启动电路等组成。

    表2为L6598的推荐工作条件。表中,VCL的典型值为15.6V。只要保证VBOOT-VOUT<18V,VOUT的范围可宽达-3V~580V。

表2 L6598的推荐工作条件

参数名称 符  号 数  值 单  位
电源电压 Vs 10~VCL V
高端参考(电压) VOUT -1~(VBOOAT-Vcl) V
浮置电源干线电压 VBOOT 500 V
最高开关频率 fMAX 400 kH2

3 功能原理

3.1 软启动与振荡器

    L6598可提供软启动功能。开关频率从启动时的fstart偏移到最小值fmin所历经的时间为软启动动周期Tss。图3为软启动及频率偏移电路框图。

    在软启动期间,电流Iss对电容Css充电,产生一个斜坡电压施加到跨导(gm)放大器。于是,电压信号转换为扣除了Ifstart后的逐渐增大的电流。由此可见,L6598软启动时间取决于Css。

    电流IOSC馈送到振荡器的工作原理如图4所示。IOSC经×4和×8两次反射(mirrored),在振荡器电容CF上产生一个三角波。振荡器频率可由下式计算:

    fmin=1.41/RfminGF

    上式在30kHz~100kHz的频率范围内是比较精确的。

3.2 自举驱动器

    以往流行的此类IC为了对自举(Bootstrap)电容CBOOT充电,需要在Vs脚与VBOOT脚之间外接一技快速恢复型高压二极管DBOOT。而L6598则采用了如图5所示的自举驱动器结构,从而省略了外部的自举二极管DBOOT。

    为了驱动同步的DMOS,利用内部充电泵可获得比Vs高得多的电压。与DMOS串联的二极管用作避免不希望的导通,阻止在电源迅速关断时因泵电容未能彻底放电而使电流从VBOOT流向Vs。在低端驱动器开通CBOOT再次被充电时,自举驱动器上将有一个电压降落,这个电压降大约为3V(其中二极管压降按0.6V计)。

    高/低端驱动器可为外部功率MOSFET或IGBT提供最佳的栅极驱动,驱动器电流分别为源电流250mA和灌电流450mA。L6598的内部逻辑能保证有一个最小的死区时间,以避免功率MOSFET出现跨越导通。

3.3 运算放大器

    L6598内的运算放大器可提供低输出阻抗、宽带、高输入阻抗和宽共模范围,这些特点有利于实现保护或闭环控制。其输出可以连接到Rfmin脚,以调节振荡器频率。

3.4 比较器

    两个CMOS比较器可用来执行保护功能。L6598能够识别在比较器输入端上的200ns宽度的短脉冲。如果检测到ENI输入端出现0.6V的门限电压脉冲,L6598即进入闭锁关断状态,此时振荡器停止振荡,LCG和HVG均为低电平。一旦故障解除,器件将重新开始正常工作程序。EN2输入带有一个1.2V的门限,一旦脚9上电压达到1.2V,则比较器被触发而重新开始软启动程序。

4 典型应用

    图6为L6598典型应用电路。该电路的AC输入电压范围为85~270V,适用于国际通用AC供电标准。在桥式整流器和高压铝电解滤波电容(C2)之间插入了以L6598为中心的有源PFC升压式预变换器,其目的是在AC输入端产生一个正弦电流,使线路功率因数达0.99,并在PFC变换器输出端(C2两端)产生恒定的400VDC电压。

    高压谐振控制器L6598用于驱动电路中的两只开关管Q2和Q3。Q2和Q3轮流导通和截止,产生峰值为200V的方波经变压器T1及整流、滤波后产生DC输出电压(Vo)。而电阻分压器、TL431和光电耦合器则组成了AC/DC适配器电路变压器次级侧到初级侧的反馈控制环路。变压器初级一端接半桥输出,另一端(有时串联一只电容)与串联电容C3和C4相连。用耦合电容与输出滤波电感(L2)来形成(串联)谐振电路,可使耦合电容的充电呈线性变化,注意谐振频率必须低于电源变换器的开关频率(fsw)。其谐振频率由反射到T1初级的滤波电感和耦合电容共同决定。

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/power/200605/2085.html
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