ST創(chuàng)新的電源適配器解決方案

2007年11月ST創(chuàng)新的電源適配器解決方案I&PC產(chǎn)品組第一頁，共三十九頁。2007年11月目錄交流直流電源適配器概述小功率適配器L6668:電流式PWM控制器L6566B:多功能電流式PWM控制器中功率適配器L6563:先進(jìn)的臨界模式功率因數(shù)校正控制器L6563+L6668L6563A+L6566A大功率適配器L6599諧振半橋控制器第二頁，共三十九頁。2007年11月額定功率典型解決方案典型滿負(fù)載能效典型空負(fù)載功耗輸入功率<75W反激式電源變換器(固定頻率或準(zhǔn)諧振模式控制器)>85%0.3W輸出功率<90W臨界式功率因數(shù)校正器+反激式變換器(固定頻率或準(zhǔn)諧振模式控制器)>85%0.5W輸出功率<150W臨界式功率因數(shù)校正器+正激變換器或零壓開關(guān)半橋>85%0.8W輸出功率>150W臨界式或固定頻率式功率因數(shù)校正器+正激變換器或零壓開關(guān)半橋>85%1W交流直流電源適配器概述(I)新解決方案諧振半橋控制器第三頁，共三十九頁。2007年11月輸出功率輸入功率效率0.5W1W1W1.7W1.7W2.4W>10W>85%交流直流電源適配器概述(II)

90W適配器的低負(fù)載輸入功率要求115V低負(fù)載輸入功率低負(fù)載輸入功率要求230V低負(fù)載輸入功率230Vac能效115Vac能效第四頁，共三十九頁。2007年11月小功率適配器(輸入功率<75W)系統(tǒng)架構(gòu)VoutdcPWM控制器DC-DC變換器(反激式)EMI濾波器Vinac選件:同步整流器CV/CC控制器第五頁，共三十九頁。2007年11月L6668電流式PWM控制器700V主動啟動電路小靜態(tài)電流(典型值2mA)低負(fù)載下降頻模式無負(fù)載下間歇模式

斜率補償連接功率因數(shù)校正IC的通信線路閂 鎖關(guān)斷過壓/過熱保護(hù)軟啟動可編程封裝:SO-16第六頁，共三十九頁。2007年11月L6668:電流式PWM控制器降頻模式與突發(fā)模式RBCTRAVref81613ST-BYRCTL6668foscfmin正常工作間歇模式(外部設(shè)定)1234fswVCOMP可聽頻率范圍平滑的降頻模式,可用一個外部電阻設(shè)置

在中低負(fù)載下能效最佳

在低負(fù)載或無負(fù)載下進(jìn)入間歇模式,閾壓可設(shè)定降頻模式突發(fā)模式固定頻率模式固定頻率模式滯后電壓第七頁，共三十九頁。2007年11月基于L6668的電源適配器發(fā)生超載/短路事件后推遲關(guān)斷操作如果輸出發(fā)生過流或短路事件,則推遲關(guān)斷操作

檢測開路條件(檢查PWM控制器是否高飽和狀態(tài))設(shè)置不同的引腳,可以選擇自動重啟模式或閂鎖關(guān)斷模式延遲干預(yù)閂鎖關(guān)斷保護(hù)自動重啟L6668Vref1kW81μFBC557COMP10ISENBC54747kW3kWRs1247kWL6668Vref81μFBC557COMP10OVPBC54747kW747kW第八頁，共三十九頁。2007年11月基于L6668的電源適配器輸出過壓保護(hù)輔助電壓按照逐周期原則合并在一起前緣峰值電壓最小化保護(hù)干預(yù)與輸出負(fù)載關(guān)系不大IC附近的電容用于過濾過多的高噪聲頻率(如ESD)閂鎖關(guān)斷保護(hù)自供電L6668DIS72.5V第九頁，共三十九頁。2007年11月基于L6668的電源適配器過熱保護(hù)負(fù)溫度系數(shù)電阻(NTC)放置在散熱元件的附近需要最大限度地降低過熱保護(hù)電路與過壓保護(hù)電路的相互影響閂鎖關(guān)斷保護(hù)連接過壓保護(hù)電路L6668DIS78VREFNTC去耦合二極管第十頁，共三十九頁。2007年11月基于L6668的寬輸入電壓18V/60W適配器

典型性能Vin[VAC]90110135175230265Pin[W]0.6550.6940.7220.7680.8020.864Vin[VAC]90110135175230265Pin[W]0.0750.0900.1180.1450.1700.192在Pout=0.5W下的輸入功耗無負(fù)載下的輸入功耗Vin[VAC]90110135175230265

[%]86.487.087.387.887.487.0全負(fù)載下的總體能效符合歐洲CoC法規(guī)>84%<0.3W符合美國總統(tǒng)第13221號行政令<1W第十一頁，共三十九頁。2007年11月L6566多功能電流式PWM控制器可選準(zhǔn)諧振/固定頻率工作模式最高頻率可編程(準(zhǔn)諧振模式)700V主動啟動電路

小靜態(tài)電流(典型值2mA)低負(fù)載下谷值跳躍工作模式(準(zhǔn)諧振)無負(fù)載下間歇工作模式

功率因數(shù)校正IC電源供應(yīng)

閂鎖關(guān)斷輸入內(nèi)建過壓和超載保護(hù)電路輸入電壓欠壓/過壓保護(hù)軟啟動可編程封裝:SO-16第十二頁，共三十九頁。2007年11月L6566:多功能電流式PWM控制器降頻模式和突發(fā)模式用一個外部電阻器可設(shè)定最高開關(guān)頻率

在中低負(fù)載下效率最優(yōu)化在低負(fù)載或無負(fù)載下進(jìn)入間歇模式第十三頁，共三十九頁。2007年11月基于L6566的電源適配器發(fā)生超載/短路事件時推遲關(guān)斷操作在輸出發(fā)生過流或短路現(xiàn)象時,推遲關(guān)斷操作使用軟啟動電容產(chǎn)生延時信號檢測開環(huán)條件(檢查控制器輸入確定變壓器是否高飽合)自動啟動模式或閂鎖關(guān)斷模式可選VREFSSVREF57SS57閂鎖關(guān)斷自動重啟啟動正常工作臨時超載在閂鎖關(guān)斷前Voc降至欠壓鎖保護(hù)電壓以下IC在這里關(guān)斷IC在這里閂鎖關(guān)斷臨時超載正常工作超載關(guān)斷閂鎖自動重啟重啟第十四頁，共三十九頁。2007年11月基于L6566的適配器輸出過壓保護(hù)在MOSFT關(guān)斷后，對輔助電壓進(jìn)行短暫的檢測；適當(dāng)?shù)难訒r可最大限度地降低前緣峰值的影響邏輯電路可防止功能異常激活(例如，在ESD檢測期間)保護(hù)干預(yù)與輸出負(fù)載關(guān)系不大閂鎖關(guān)斷或自動重啟可選自供電L6566ZCD12電壓檢測期Tdelay第十五頁，共三十九頁。2007年11月基于L6566的電源適配器過熱保護(hù)負(fù)溫度系數(shù)電阻放置在散熱元器件附近不要與過壓保護(hù)電路相互影響電容器靠近芯片附近有助于過濾噪聲(如ESD)閂鎖關(guān)斷L6566DIS97VREFNTC第十六頁，共三十九頁。2007年11月基于L6566的寬輸入電壓12V/65W適配器典型性能Vin[VAC]90110135175230265Pin[W]0.7740.7820.8030.8410.9441.019Vin[VAC]90110135175230265Pin[W]0.0980.1040.1180.1790.2550.315Pout=0.5W下的輸入功耗無負(fù)載下的輸入功耗Vin[VAC]90110135175230265

[%]83.885.385.986.887.087.1全負(fù)載下總體能效符合歐洲CoC法規(guī)>84%<0.3W符合美國總統(tǒng)第13221號行政令<1W第十七頁，共三十九頁。2007年11月中功率適配器(最大輸出功率100W)系統(tǒng)架構(gòu)VoutdcPFC控制器如果功率因數(shù)校正器工作異常，為安全保護(hù)，自動關(guān)斷PWM控制器在低負(fù)載下，可以關(guān)斷功率因數(shù)校正器，以便更好地符合節(jié)能降耗的要求.PWM控制器PFC預(yù)穩(wěn)壓器(升壓器)DC-DC變換器(反激式)EMI濾波器Vinac選件:同步整流器CV/CC控制器第十八頁，共三十九頁。2007年11月L6563/A先進(jìn)的過渡模式功率因數(shù)校正控制器欠壓鎖保護(hù)，帶滯后電壓2%參考電壓

遠(yuǎn)程通斷控制

過流保護(hù)，動靜態(tài)過壓保護(hù)

電感器飽合檢測

升壓跟隨器工作模式可選

電壓前饋電路

斷路反饋檢測輸入AC欠壓檢測輸入

連接PWM控制器的通信線路

內(nèi)部啟動器

用于臨界模式操作的同步輸入

電流檢測輸入引腳前緣尖峰消隱高容量MOSFET驅(qū)動器

封裝:SO14RUN第十九頁，共三十九頁。2007年11月基于L6563/A的PFC預(yù)穩(wěn)壓器

電壓前饋電路只需一對外部阻容元件

完全修正輸入電壓變化回路增益和帶寬恒定抑制電網(wǎng)電源浪涌恒定最大功率輸出

改進(jìn)高壓線路上的總諧波失真和功率因數(shù)0.111010020020406080開環(huán)增益f[Hz]dBVin=264VacVin=88Vac16.3dBfc=21.6Hzfc=5.7Hz

L6561

L6562DC電壓等于多個MULTI腳的峰壓第二十頁，共三十九頁。2007年11月ILtTONTOFFMOS二極管ILtTONTOFFMOS二極管優(yōu)點

電感值變小，電感器尺寸變小MOSFET的Irm值變小，導(dǎo)通損耗更低，整體能效更高

缺點

二極管的Irm值變大，輸出電容變大

串聯(lián)的反激式不是最優(yōu)化升壓跟隨器普通升壓器Vout1Vout2Vac1Vac2VoutVoutVac1Vac2PFC預(yù)穩(wěn)壓器升壓跟隨器方法第二十一頁，共三十九頁。2007年11月升壓跟隨器方法用L6563/A實現(xiàn)升壓跟隨器只需一個電阻器!配合電壓前饋功能

最大輸入和最小輸入的輸出電壓獨立設(shè)置

輸出電壓鉗位

公差小，溫度補償DC電壓等于VFF引腳電壓第二十二頁，共三十九頁。2007年11月基于L6563/A的PFC預(yù)穩(wěn)壓器PFC斷開反饋檢測防止任何形式的回路斷開、性能降低或設(shè)定錯誤

需要增加分壓器(在230Vac下，當(dāng)PFC關(guān)斷時，功耗16mW)

關(guān)斷PFC，可能也會關(guān)斷PWMToL6668orL6566第二十三頁，共三十九頁。2007年11月L6668和L6566低負(fù)載下PFC預(yù)穩(wěn)壓器的管理當(dāng)Pin<Pin1時，PWM控制器關(guān)斷PFC控制器；當(dāng)Pin>Pin2>Pin1時，重新導(dǎo)通PFC控制器

PFC級功耗節(jié)省0.50.8W

在低負(fù)載下無需符合任何諧波法規(guī)

foscfmin正常工作間歇模式(外部設(shè)定)1234fswVCOMPPFC關(guān)斷PFC重新導(dǎo)通AudiblerangeL6668PFC關(guān)斷PFC重新導(dǎo)通L6566第二十四頁，共三十九頁。2007年11月L6563+L6668適配器PFC預(yù)穩(wěn)壓器通斷控制關(guān)斷L6563的電源電壓

電源總線上無多余損耗Vcc電容值小(100470nF):快速重啟如果PWM關(guān)斷，L6563則關(guān)斷(有利于電路保護(hù))電源總線延遲關(guān)斷L6668第二十五頁，共三十九頁。2007年11月L6563+L6668適配器啟動順序和自供電系統(tǒng)PWM控制器先啟動(主控制器);L6563是從控制器高壓啟動電流發(fā)生器(1mA)起機時間與線路電壓無關(guān)殘余功耗在230V交流電壓下小于10mW(PFC關(guān)閉)雙電容+二極管電路利于能量保持，用于在負(fù)載斷開或零負(fù)載下出現(xiàn)高VccVCCL666851N414847μF100μFBC557100L6563Vcc8PFCoutputHV1PFC_STOP14第二十六頁，共三十九頁。2007年11月L6563+L6566適配器PFC通斷控制、順序啟動和自供電

VCCL6566161N414847μF100μF100L6563Vcc14PFC輸出HVS1Vcc_PFC4L6566先啟動，然后給L6563供電L6566電源總線上無殘余功耗L6563的Vcc電容很小(100470nF)：快速啟動雙電容+二極管電路利于能量保持，用于在負(fù)載斷開或零負(fù)載下出現(xiàn)高Vcc700V啟動電流發(fā)生器(1mA)起機時間與線路電壓無關(guān)殘余功耗在230Vac下小于10mW內(nèi)部關(guān)斷延遲第二十七頁，共三十九頁。2007年11月公式1公式2L6563A+L6566A適配器PFC過壓保護(hù),L6566AAC_OK和VFF的設(shè)置

L6566A的高壓輸入總線過壓/過流保護(hù)可選頻率補償TBO功能動態(tài)過壓保護(hù)靜態(tài)過壓保護(hù)失效(閂鎖)失效(不閂鎖)第二十八頁，共三十九頁。2007年11月欠壓TBOFunctionL6563A+L6566A適配器PFC欠壓和TBO的設(shè)置

“理想”二極管通斷控制(欠壓檢測)整流后的電網(wǎng)電源電源感應(yīng)誤差放大器乘法器第二十九頁，共三十九頁。2007年11月L6563+L6668寬輸入電壓18V/80W適配器典型性能Vin[VAC]90110135175230265Pin[W]0.6700.7100.7460.8020.8600.908Vin[VAC]90110135175230265Pin[W]0.0850.1100.1380.1850.2400.278在Pout=0.5W時的輸入功耗無負(fù)載時的輸入功耗Vin[VAC]90110135175230265

[%]80.782.583.383.784.184.4全負(fù)載總體能效符合歐洲CoC法規(guī)>80%<0.5W符合美國總統(tǒng)第13221號行政令<1W第三十頁，共三十九頁。2007年11月L6563A+L6566A寬輸入電壓19V/90W適配器典型性能Vin[VAC]90110135175230265Pin[W]0.7740.7820.8030.8410.9441.019Vin[VAC]90110135175230265Pin[W]0.1530.1640.1910.2460.3360.409Vin[VAC]90110135175230265

[%]86.387.588.288.989.288.8>80%<0.5W<1W全負(fù)載總體能效符合美國總統(tǒng)第13221號行政令符合歐洲CoC法規(guī)在Pout=0.5W時的輸入功耗無負(fù)載時的輸入功耗第三十一頁，共三十九頁。2007年11月大功率適配器(輸出超過90W)系統(tǒng)架構(gòu)VoutdcPFC控制器如果PFC出現(xiàn)異常操作，為安全起見，關(guān)斷PWM控制器在低負(fù)載下，為了更好地符合節(jié)能要求，關(guān)斷PFC控制器諧振控制器預(yù)穩(wěn)壓器(升壓器)DC-DC變換器(LLC諧振半橋)EMI濾波器Vinac選件:同步整流器HGLGCV/CCCTL第三十二頁，共三十九頁。2007年11月LLC諧振半橋工作基本原理

柵驅(qū)動信號半橋中點電壓變壓器電流ZVS!HGLG死時二極管反向電壓ZCS!在論文中被稱作LLC諧振半橋變頻控制HG和LG固定50%占空比LG和HG之間的死區(qū)時間使MOSFET在導(dǎo)通時能夠進(jìn)行零壓開關(guān)操作fswfr,正弦波形:低關(guān)斷損耗，低EMI干擾二次側(cè)承受相等的電流和電壓應(yīng)力；零電流開關(guān)，無反向恢復(fù)損耗無輸出電感，節(jié)省成本第三十三頁，共三十九頁。2007年11月L6599諧振半橋控制器

STANDBYDISISEN_DISGNDIfmin

ISEN0.8V1.5VPFC_STOPVccVBOOTOUTLVGUVDETECTIONVs

HVGSYNCHRONOUSBOOTSTRAPDIODEHVGDRIVER

LVGDRIVERCssCFDISABLE+-DISLINEDEADTIME

+-+-LEVELSHIFTER12

87431

961011141516RFmin2VSQRUVLOUVLOQSRUVLOCONTROLLOGIC+-LINE_OK1.25V15μADISISEN_DIS17V6.3VVCO-+1.25VSTANDBY+-STBY5DRIVINGLOGIC

2V2DELAY變頻，50%占空比集成600V上橋臂驅(qū)動器

小靜態(tài)電流(典型值2mA)間歇模式操作

先進(jìn)的超載保護(hù)PFCIC控制器輸出輸入電壓檢測過壓/過熱保護(hù)閂鎖關(guān)斷模式可編輯非線性軟啟動封裝:SO-16第三十四頁，共三十九頁。2007年11月L6599+L6563大功率適配器

PFC通斷控制器，順序啟動，自供電

L6563先啟動(啟動閾壓較低)當(dāng)PFC輸出電壓正常時，零壓開關(guān)控制器IC啟動雙電容+二極管保持在負(fù)載斷開或零負(fù)載下出現(xiàn)高Vcc時通常情況下主變壓器上沒有電源繞組在管理超載或短路時沒有Vcc電源問題VCCL659912L6563Vcc14PFC輸出PFC_STOP9RUN