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ST 创新的电源适配器解决方案

ST 创新的电源适配器解决方案. I&PC 产品组. 目录. 交流直流电源适配器概述 小功率适配器 L6668: 电流式 PWM 控制器 L6566B: 多功能电流式 PWM 控制器 中功率适配器 L6563: 先进的 临界 模式功率因数校正控制器 L6563+L6668 L6563A+L6566A 大功率适配器 L6599 谐振半桥控制器. 交流直流电源适配器概述 (I). 新解决方案 输出功率 >90 W!. 谐振半桥控制器. 交流直流电源适配器概述 (II) 90W 适配器的低负载输入功率要求. 115V 低负载输入功率

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  1. ST创新的电源适配器解决方案 I&PC 产品组

  2. 目录 • 交流直流电源适配器概述 • 小功率适配器 • L6668: 电流式PWM控制器 • L6566B:多功能电流式PWM控制器 • 中功率适配器 • L6563:先进的临界模式功率因数校正控制器 • L6563+L6668 • L6563A+L6566A • 大功率适配器 • L6599谐振半桥控制器

  3. 交流直流电源适配器概述 (I) 新解决方案 输出功率 >90W! 谐振半桥控制器

  4. 交流直流电源适配器概述 (II)90W适配器的低负载输入功率要求 115V低负载输入功率 低负载输入功率要求 230V低负载输入功率 230Vac能效 115Vac能效

  5. DC-DC 变换器 (反激式) EMI 滤波器 V outdc CV/CC 控制器 选件: 同步整流器 Vinac PWM 控制器 小功率适配器(输入功率< 75W) 系统架构

  6. L6668 电流式PWM控制器 • 700V主动启动电路 • 小静态电流(典型值2 mA) • 低负载下降频模式 • 无负载下间歇模式 • 斜率补偿 • 连接功率因数校正 IC的通信线路 • 闩 锁关断过压/过热保护 • 软启动可编程 • 封装: SO-16

  7. 13 ST-BY f osc 8 Vref L6668 R R A B f min 16 RCT C T L6668:电流式PWM控制器 降频模式与突发模式 fsw 正常工作 滞后电压 可听频率范围 1 2 3 4 V 间歇模式 (外部设定) COMP 突发模式 固定频率模式 固定频率模式 降频模式 • 平滑的降频模式,可用一个外部电阻设置 • 在中低负载下能效最佳 • 在低负载或无负载下进入间歇模式,阈压可设定

  8. 47 kW COMP 10 47 kW L6668 BC557 Vref 8 7 OVP BC547 1 µF 基于L6668的电源适配器 发生超载/短路事件后推迟关断操作 47 kW COMP 10 L6668 BC557 Vref 8 12 ISEN BC547 1 µF 47 kW 3 kW 1 kW Rs 延迟干预 自动重启 闩锁关断保护 • 如果输出发生过流或短路事件,则推迟关断操作 • 检测开路条件(检查PWM控制器是否高饱和状态) • 设置不同的引脚,可以选择自动重启模式或闩锁关断模式

  9. 2.5 V 基于L6668的电源适配器 输出过压保护 自供电 7 DIS L6668 • 辅助电压按照逐周期原则合并在一起 • 前缘峰值电压最小化 • 保护干预与输出负载关系不大 • IC附近的电容用于过滤过多的高噪声频率 (如 ESD) • 闩锁关断保护

  10. NTC 去耦合二极管 VREF 8 7 DIS L6668 连接过压保护电路 基于L6668的电源适配器 过热保护 • 负温度系数电阻(NTC)放置在散热元件的附近 • 需要最大限度地降低过热保护电路与过压保护电路的相互影响 • 闩锁关断保护

  11. 基于L6668的宽输入电压18V/60W适配器 典型性能 全负载下的总体能效 >84% 符合欧洲CoC法规 在Pout=0.5W下的输入功耗 <0.3W 无负载下的输入功耗 <1W 符合美国总统第13221号行政令

  12. L6566 多功能电流式 PWM控制器 • 可选准谐振/固定频率工作模式 • 最高频率可编程(准谐振模式) • 700V主动启动电路 • 小静态电流(典型值2 mA) • 低负载下谷值跳跃工作模式(准谐振) • 无负载下间歇工作模式 • 功率因数校正IC电源供应 • 闩锁关断输入 • 内建过压和超载保护电路 • 输入电压欠压/过压保护 • 软启动可编程 • 封装: SO-16

  13. L6566: 多功能电流式 PWM控制器 降频模式和突发模式 • 用一个外部电阻器可设定最高开关频率 • 在中低负载下效率最优化 • 在低负载或无负载下进入间歇模式

  14. 5 7 5 7 SS VREF SS 基于L6566的电源适配器 发生超载/短路事件时推迟关断操作 在闩锁关断前Voc降至欠压锁保护电压以下 IC在这里关断 IC在这里闩锁关断 临时超载 临时超载 关断 正常工作 超载 启动 正常工作 重启 闩锁 自动重启 • 在输出发生过流或短路现象时,推迟关断操作 • 使用软启动电容产生延时信号 • 检测开环条件(检查控制器输入确定变压器是否高饱合) • 自动启动模式或闩锁关断模式可选 VREF 闩锁关断 自动重启

  15. 基于L6566的适配器 输出过压保护 自供电 12 ZCD L6566 电压检测期 Tdelay • 在MOSFT关断后，对辅助电压进行短暂的检测；适当的延时可最大限度地降低前缘峰值的影响 • 逻辑电路可防止功能异常激活(例如，在ESD检测期间) • 保护干预与输出负载关系不大 • 闩锁关断或自动重启可选

  16. NTC VREF 7 9 DIS L6566 基于L6566的电源适配器 过热保护 • 负温度系数电阻放置在散热元器件附近 • 不要与过压保护电路相互影响 • 电容器靠近芯片附近有助于过滤噪声(如ESD) • 闩锁关断

  17. 基于L6566的宽输入电压12V/65W适配器 典型性能 全负载下总体能效 >84% 符合欧洲CoC法规 Pout=0.5W下的输入功耗 <0.3W 无负载下的输入功耗 <1W 符合美国总统第13221号行政令

  18. PFC预稳压器(升压器) DC-DC 变换器 (反激式) EMI 滤波器 V outdc CV/CC 控制器 如果功率因数校正器工作异常， 选件: 同步整流器 为安全保护，自动关断PWM控制器 Vinac PFC 控制器 PWM 控制器 在低负载下，可以关断功率因数校正器， 以便更好地符合节能降耗的要求 . 中功率适配器(最大输出功率100 W) 系统架构

  19. RUN L6563/A 先进的过渡模式功率因数校正控制器 • 欠压锁保护，带滞后电压 • 2%参考电压 • 远程通断控制 • 过流保护，动静态过压保护 • 电感器饱合检测 • 升压跟随器工作模式可选 • 电压前馈电路 • 断路反馈检测输入 • AC 欠压检测输入 • 连接PWM控制器的通信线路 • 内部启动器 • 用于临界模式操作的同步输入 • 电流检测输入引脚前缘尖峰消隐 • 高容量MOSFET驱动器 • 封装: SO14

  20. 开环增益 80 L6561 L6562 Vin = 264 Vac 60 Vin = 88 Vac 16.3 dB 40 fc=5.7 Hz 20 dB fc=21.6 Hz 0 20 0.1 1 10 100 f [Hz] 基于L6563/A的PFC预稳压器 电压前馈电路 • 只需一对外部阻容元件 • 完全修正输入电压变化 • 回路增益和带宽恒定 • 抑制电网电源浪涌 • 恒定最大功率输出 • 改进高压线路上的总谐波失真和功率因数 DC电压等于多个MULTI脚的峰压

  21. Vout Vout1 Vac1 Vac1 IL MOS Vout Vout2 二极管 Vac2 Vac2 t TON TOFF IL MOS 二极管 t TON TOFF PFC 预稳压器 升压跟随器方法 普通升压器 升压跟随器 • 优点 • 电感值变小，电感器尺寸变小 • MOSFET的Irm值变小，导通损耗更低， 整体能效更高 • 缺点 • 二极管的 Irm值变大，输出电容变大 • 串联的反激式不是最优化

  22. 升压跟随器方法 用L6563/A实现升压跟随器 DC电压等于VFF引脚电压 只需一个电阻器! • 配合电压前馈功能 • 最大输入和最小输入的输出电压独立设置 • 输出电压钳位 • 公差小，温度补偿

  23. 基于L6563/A的PFC预稳压器 PFC断开反馈检测 To L6668 or L6566 • 防止任何形式的回路断开、性能降低或设定错误 • 需要增加分压器(在230Vac下，当PFC关断时，功耗16 mW) • 关断PFC，可能也会关断 PWM

  24. PFC 关断 PFC 重新导通 PFC关断 PFC重新导通 fsw 正常工作 f osc f min Audible range 1 2 3 4 V 间歇模式 (外部设定) COMP L6668 L6566 L6668和L6566 低负载下PFC预稳压器的管理 • 当Pin<Pin1时，PWM控制器关断PFC控制器；当 Pin> Pin2>Pin1 时，重新导通PFC控制器 • PFC级功耗节省0.50.8 W • 在低负载下无需符合任何谐波法规

  25. 电源总线 L6668 延迟关断 L6563+L6668适配器 PFC预稳压器通断控制 • 关断L6563的电源电压 • 电源总线上无多余损耗 • Vcc电容值小(100470 nF):快速重启 • 如果PWM关断，L6563则关断 (有利于电路保护)

  26. BC557 Vcc 8 PFC output L6563 1N4148 100  47 µF 100 µF HV 1 5 L6668 14 PFC_STOP V CC L6563+L6668适配器 启动顺序和自供电系统 • PWM控制器先启动(主控制器); L6563是从控制器 • 高压启动电流发生器(1 mA) • 起机时间与线路电压无关 • 残余功耗在230V交流电压下小于 10 mW (PFC关闭) • 双电容+二极管电路利于能量保持，用于在负载断开或零负载下出现高 Vcc

  27. PFC输出 1N4148 100  47 µF 100 µF HVS 1 16 Vcc 14 L6566 4 Vcc_PFC L6563 V CC L6563+L6566适配器 PFC 通断控制、顺序启动和自供电 • 700V启动电流发生器 (1 mA) • 起机时间与线路电压无关 • 残余功耗在230Vac下小于 10 mW 内部关断延迟 • L6566先启动，然后给L6563供电 • L6566电源总线上无残余功耗 • L6563的Vcc电容很小(100470 nF)：快速启动 • 双电容+二极管电路利于能量保持，用于在负载断开或零负载下出现高 Vcc

  28. L6563A+L6566A适配器 PFC过压保护, L6566A AC_OK和VFF的设置 公式1 L6566A的高压输入总线 失效(不闩锁) 公式2 失效(闩锁) 静态过压保护 动态过压保护 TBO功能 频率补偿 过压/过流保护可选

  29. L6563A+L6566A适配器 PFC欠压和TBO的设置 整流后的电网电源 欠压 误差放大器 电源感应 乘法器 “理想”二极管 TBO Function 通断控制(欠压检测)

  30. L6563+L6668宽输入电压18V/80W适配器 典型性能 全负载总体能效 >80% 符合欧洲CoC法规 在Pout=0.5W时的输入功耗 <0.5W 无负载时的输入功耗 <1W 符合美国总统第13221号行政令

  31. L6563A+L6566A宽输入电压19V/90W适配器 典型性能 全负载总体能效 >80% 符合欧洲CoC法规 在Pout=0.5W时的输入功耗 <0.5W 无负载时的输入功耗 <1W 符合美国总统第13221号行政令

  32. CV/CC CTL Vinac 大功率适配器(输出超过90 W) 系统架构 预稳压器 (升压器) DC-DC变换器(LLC谐振半桥) HG EMI 滤波器 V outdc LG 如果PFC出现异常操作，为安全起见， 选件: 同步整流器 关断PWM控制器 PFC 控制器 谐振控制器 在低负载下，为了更好地符合节能要求， 关断PFC控制器

  33. 死时 LG HG 栅驱动信号 ZVS! 半桥中点电压 变压器电流 ZCS! 二极管反向电压 LLC谐振半桥 工作基本原理 • 在论文中被称作LLC谐振半桥 • 变频控制 • HG和LG 固定50%占空比 • LG和HG之间的死区时间使MOSFET在导通时能够进行零压开关操作 • fsw  fr, 正弦波形:低关断损耗，低 EMI干扰 • 二次侧承受相等的电流和电压应力；零电流开关，无反向恢复损耗 • 无输出电感，节省成本

  34. V cc 12 16 V BOOT DISABLE DIS 8 + DIS 15 HVG S Q UV HVG - 2V 17V DETECTION DRIVER R SYNCHRONOUS 14 UVLO BOOTSTRAP DIODE STBY 5 UVLO OUT - STANDBY LEVEL + 1.25V SHIFTER Vs DRIVING Ifmin LOGIC 11 LVG DEAD LVG DRIVER + 2V TIME 10 - 4 RFmin + GND ISEN_DIS Q S - 1.5V R UVLO 6 ISEN Css 1 + - 0.8V CONTROL LOGIC 9 PFC_STOP - 1.25V LINE_OK 6.3V + CF 3 ISEN_DIS 15 DIS VCO µA STANDBY 2 7 DELAY LINE L6599 谐振半桥控制器 • 变频，50%占空比 • 集成600V上桥臂驱动器 • 小静态电流(典型值2 mA) • 间歇模式操作 • 先进的超载保护 • PFC IC控制器输出 • 输入电压检测 • 过压/过热保护闩锁关断模式 • 可编辑非线性软启动 • 封装: SO-16

  35. V CC L6599 + L6563大功率适配器 PFC通断控制器，顺序启动，自供电 PFC输出 升压电感器 辅助绕组 高压启动 电路 电容泵 选件 变压器辅助绕组 Vcc 14 11 ZCD L6563 10 RUN 12 线路 7 L6599 在低负载下处理突发模式 如果断开，则关断PFC 9 PFC_STOP 窗口比较器启动/停止操作 • L6563先启动(启动阈压较低) • 当PFC输出电压正常时，零压开关控制器 IC启动 • 双电容+二极管保持在负载断开或零负载下出现高 Vcc时 • 通常情况下主变压器上没有电源绕组 • 在管理超载或短路时没有Vcc电源问题

  36. Iout t f sw t LG HG t PFC_STOP t PFC 栅驱动器 t Resonant Mode Burst-mode Resonant Mode L6599 + L6563大功率适配器 低负载管理(同步突发模式) • 窄输入电压范围: PFC不能持续关断 • 同步控制使PFC保持稳定的输出电压(不会过压保护)

  37. L6599 + L6563大功率适配器 电路示意图 能效对输出功率图 能效 输出功率图

  38. 问答谢谢!

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