L6563H：高性能過渡模式PFC控制器的全面解析

引言

在當(dāng)今的電子設(shè)備中，功率因數(shù)校正（PFC）技術(shù)變得越來越重要，它不僅有助于提高電源的效率，還能減少對(duì)電網(wǎng)的諧波污染。L6563H作為一款高性能的過渡模式（TM）PFC控制器，具備眾多出色的特性和功能，廣泛應(yīng)用于各種高端電源設(shè)備中。本文將對(duì)L6563H進(jìn)行全面的解析，包括其特性、應(yīng)用、電氣參數(shù)以及保護(hù)功能等方面，希望能為電子工程師們?cè)谠O(shè)計(jì)中提供有價(jià)值的參考。

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一、L6563H概述

L6563H是一款工作在過渡模式的電流模式PFC控制器，它在L6563S的基礎(chǔ)上增加了高壓啟動(dòng)源。這種設(shè)計(jì)使得該IC特別適用于需要符合節(jié)能法規(guī)的應(yīng)用，并且PFC預(yù)調(diào)節(jié)器作為主級(jí)工作的場景。

其高度線性的乘法器和特殊的校正電路，能夠降低市電電流的交越失真，實(shí)現(xiàn)寬范圍市電操作，即使在大負(fù)載范圍內(nèi)也能保持極低的總諧波失真（THD）。輸出電壓通過電壓模式誤差放大器和精確的內(nèi)部電壓參考進(jìn)行控制，同時(shí)電壓前饋功能（1/V2校正）優(yōu)化了環(huán)路穩(wěn)定性，顯著改善了線路瞬態(tài)響應(yīng)。

二、主要特性

2.1 高壓啟動(dòng)與低功耗

• 高壓啟動(dòng)源：芯片上集成了700V啟動(dòng)源，能夠直接連接到整流后的市電電壓。一個(gè)1mA的內(nèi)部電流源為連接在Vcc和GND之間的電容充電，直到Vcc電壓達(dá)到啟動(dòng)閾值，然后停止工作。在短路情況下，當(dāng)Vcc電壓低于6V時(shí)，啟動(dòng)源會(huì)重新啟用，以確保低功耗。
• 低啟動(dòng)電流：啟動(dòng)電流低至≤100μA，工作偏置電流最大為6mA（在TJ = 25°C時(shí)），內(nèi)部參考電壓精度為1%，有助于降低系統(tǒng)功耗。

2.2 先進(jìn)的控制與保護(hù)功能

• 電壓前饋：采用專有的1/V2校正技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“雙向”線路瞬態(tài)響應(yīng)改善，在市電電壓下降和浪涌時(shí)都能保持良好的性能。
• 跟蹤升壓功能：輸出電壓可以跟蹤市電電壓進(jìn)行變化，通過連接在TBO引腳和GND之間的電阻來實(shí)現(xiàn)。
• 多種保護(hù)功能：包括過壓保護(hù)、反饋環(huán)路故障保護(hù)、電感飽和保護(hù)、欠壓鎖定（UVLO）保護(hù)等，確保系統(tǒng)在各種異常情況下的安全運(yùn)行。

2.3 強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)能力

• 具有600/800mA的圖騰柱柵極驅(qū)動(dòng)器，在UVLO期間具有有源下拉功能，能夠驅(qū)動(dòng)大尺寸的MOSFET或IGBT。

三、引腳連接與功能

3.1 引腳連接

3.2 關(guān)鍵引腳功能詳解

• INV引腳：在跟蹤升壓功能中起著關(guān)鍵作用。當(dāng)市電電壓變化時(shí)，TBO引腳控制的內(nèi)部電流發(fā)生器會(huì)改變INV引腳的電流，從而調(diào)整輸出電壓。
• PFC_OK引腳：不僅用于過壓保護(hù)，還可以作為非鎖存的IC禁用引腳。當(dāng)電壓低于0.23V時(shí)，IC停止工作，降低功耗；當(dāng)電壓高于0.27V時(shí)，IC重新啟動(dòng)。
• HVS引腳：高壓啟動(dòng)功能的核心，通過內(nèi)部電流源為Vcc電容充電，實(shí)現(xiàn)低功耗啟動(dòng)。在短路或鎖存保護(hù)時(shí)，能夠根據(jù)Vcc電壓狀態(tài)重新啟用，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

四、電氣特性

4.1 供電電壓與電流

• 供電電壓范圍：工作電壓范圍為10.3 - 22.5V，啟動(dòng)閾值為11 - 13V，關(guān)斷閾值為8.7 - 10.3V。
• 啟動(dòng)電流：啟動(dòng)前，Vcc = 10V時(shí)，啟動(dòng)電流為90 - 150μA；啟動(dòng)后，靜態(tài)電流為4 - 5mA，工作供電電流在70kHz時(shí)為5 - 6.0mA。

4.2 高壓啟動(dòng)發(fā)生器

• 擊穿電壓：能夠承受700V的高壓，啟動(dòng)電壓為65 - 100V。
• 充電電流：VHV > VHvstart且Vcc > 3V時(shí)，Vcc充電電流為0.55 - 1.0mA。

4.3 其他電氣參數(shù)

• 乘法器：線性工作范圍為0 - 3V，增益為0.375 - 0.525 1/V。
• 誤差放大器：輸入閾值在TJ = 25°C時(shí)為2.475 - 2.525V，電壓增益為60 - 80dB。
• 電流檢測比較器：輸入偏置電流在VCS = 0時(shí)為≤1μA，前沿消隱時(shí)間為100 - 250ns。

五、典型電氣性能

5.1 溫度特性

通過一系列圖表展示了L6563H在不同溫度下的性能變化，包括IC消耗、Vcc啟動(dòng)和關(guān)斷閾值、反饋參考、OVP水平、電感飽和閾值等參數(shù)。這些特性有助于工程師在不同的工作環(huán)境下進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。

5.2 乘法器特性

在不同的VFF電壓下，乘法器具有不同的特性曲線。通過調(diào)整VFF電壓，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電流參考的精確控制，從而優(yōu)化系統(tǒng)的性能。

5.3 柵極驅(qū)動(dòng)器特性

柵極驅(qū)動(dòng)器的輸出電壓、峰值源電流和峰值灌電流等參數(shù)在不同溫度下也有一定的變化。了解這些特性對(duì)于選擇合適的MOSFET或IGBT以及設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路至關(guān)重要。

六、應(yīng)用信息

6.1 過壓保護(hù)（OVP）

通過專用的PFC_OK引腳監(jiān)測PFC預(yù)調(diào)節(jié)器的輸出電壓。當(dāng)輸出電壓超過預(yù)設(shè)值時(shí)，PFC_OK引腳電壓達(dá)到2.5V，此時(shí)柵極驅(qū)動(dòng)活動(dòng)立即停止，直到PFC_OK引腳電壓下降到2.4V以下。

6.2 反饋故障保護(hù)（FFP）

當(dāng)檢測到反饋斷開（如輸出分壓電阻R1開路），且OVP功能激活時(shí)，如果INV引腳電壓低于1.66V，F(xiàn)FP功能將被觸發(fā)。此時(shí)，柵極驅(qū)動(dòng)活動(dòng)停止，IC關(guān)閉，靜態(tài)消耗降低到180μA以下，并且狀態(tài)被鎖存，直到重新上電。

6.3 電壓前饋

電壓前饋功能通過獲取與輸入RMS電壓成比例的電壓，經(jīng)過平方/除法電路（1/V2校正器）處理后，提供給乘法器，以補(bǔ)償線路電壓變化對(duì)增益的影響。這種設(shè)計(jì)可以減少控制動(dòng)態(tài)的權(quán)衡，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性。

6.4 THD優(yōu)化電路

L6563H的THD優(yōu)化電路通過在市電電壓過零點(diǎn)附近增加功率開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間，減少交流輸入電流的交越失真。該電路通過正偏置增加乘法器的輸出，并且偏置值隨著市電電壓的增加而減小，同時(shí)受到VFF引腳電壓的調(diào)制。

6.5 跟蹤升壓功能

通過連接在TBO引腳和GND之間的電阻，實(shí)現(xiàn)輸出電壓跟蹤市電電壓的變化。當(dāng)市電電壓升高時(shí)，TBO引腳電壓升高，INV引腳電流增大，從而提高PFC預(yù)調(diào)節(jié)器的輸出電壓；反之亦然。

6.6 電感飽和檢測

L6563H在電流檢測引腳（CS）上設(shè)置了第二個(gè)比較器，當(dāng)電壓超過1.7V時(shí)，IC停止工作。之后，IC會(huì)嘗試通過內(nèi)部啟動(dòng)電路重新啟動(dòng)，啟動(dòng)重復(fù)時(shí)間為標(biāo)稱值的兩倍，以降低電感和升壓二極管的應(yīng)力。

6.7 電源管理/內(nèi)務(wù)功能

通過PWM_LATCH、PFC_OK、PWM_STOP和RUN等引腳，實(shí)現(xiàn)與級(jí)聯(lián)DC-DC轉(zhuǎn)換器的PWM控制器的通信和協(xié)調(diào)。這些功能可以確保在電源啟動(dòng)、關(guān)閉或故障等瞬態(tài)條件下，系統(tǒng)能夠正常工作。

6.8 高壓啟動(dòng)發(fā)生器

高壓啟動(dòng)發(fā)生器由高壓N溝道FET和溫度補(bǔ)償電流發(fā)生器組成，能夠在80V左右開始工作，為Vcc電容充電。當(dāng)Vcc電壓達(dá)到啟動(dòng)閾值時(shí)，發(fā)生器停止工作，IC由Vcc電容存儲(chǔ)的能量供電，直到自供電電路提供足夠的電壓。

七、應(yīng)用實(shí)例

7.1 100W TM PFC評(píng)估板

該評(píng)估板展示了L6563H在寬范圍市電下的性能，符合EN61000-3-2和JEITA-MITI標(biāo)準(zhǔn)。在不同的輸入電壓和負(fù)載條件下，都能保持低THD和高功率因數(shù)。

7.2 90W和150W適配器

使用L6563H、L6599A和SRK2000A組成的適配器電路，展示了該IC在實(shí)際應(yīng)用中的可行性和穩(wěn)定性。

八、總結(jié)

L6563H作為一款高性能的過渡模式PFC控制器，具有豐富的特性和強(qiáng)大的功能。其高壓啟動(dòng)源、低功耗、先進(jìn)的控制和保護(hù)功能，使其在各種高端電源應(yīng)用中具有出色的表現(xiàn)。通過合理的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，工程師們可以充分發(fā)揮L6563H的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定、可靠的電源系統(tǒng)。

在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，工程師們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，仔細(xì)考慮引腳連接、電氣參數(shù)和保護(hù)功能的設(shè)置。同時(shí)，參考典型應(yīng)用實(shí)例和電氣性能圖表，進(jìn)行合理的優(yōu)化和調(diào)整，以確保系統(tǒng)達(dá)到最佳性能。希望本文能夠?yàn)殡娮庸こ處焸冊(cè)谑褂肔6563H進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)提供有益的幫助。

你在使用L6563H進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)遇到過哪些問題？或者你對(duì)該IC的哪些功能更感興趣？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和想法。