探索L6565準諧振SMPS控制器：特性、應用與設計要點

在電源設計領域，準諧振開關電源（SMPS）控制器一直是實現(xiàn)高效、穩(wěn)定電源轉換的關鍵組件。今天，我們將深入探討STMicroelectronics的L6565準諧振SMPS控制器，了解其特性、工作原理、典型應用以及設計中的一些關鍵要點。

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一、L6565概述

L6565是一款電流模式初級控制器IC，專為構建離線準諧振零電壓開關（ZVS）反激式轉換器而設計。它具備一系列先進特性，使其在眾多電源應用中表現(xiàn)出色。

特性亮點

1. 準諧振ZVS拓撲：通過變壓器去磁感應輸入觸發(fā)MOSFET導通，實現(xiàn)準諧振操作，降低開關損耗，提高效率。
2. 線路電壓前饋：補償轉換器功率能力隨市電電壓的變化，確保在不同輸入電壓下提供恒定功率。
3. 頻率折返功能：在輕載時自動降低工作頻率，同時保持盡可能接近ZVS的操作，優(yōu)化待機效率。
4. 超低啟動和靜態(tài)電流：啟動電流小于70μA，靜態(tài)電流小于3.5mA，符合Blue Angel、Energy Star等節(jié)能標準。
5. 多種保護功能：包括逐脈沖和打嗝模式過流保護（OCP）、欠壓鎖定（UVLO）等，增強系統(tǒng)可靠性。
6. 精確的內部參考電壓：在25°C時精度為1%，為控制環(huán)路提供穩(wěn)定的參考。
7. 圖騰柱柵極驅動器：具有±400mA的驅動能力，可直接驅動外部MOSFET或IGBT。

封裝與訂購信息

L6565提供DIP8（Minidip）和SO - 8兩種封裝形式，訂購編號分別為L6565N和L6565D。

二、引腳功能與電氣特性

引腳連接與功能

電氣特性

L6565的電氣特性在不同溫度和工作條件下表現(xiàn)穩(wěn)定。例如，其啟動電流在啟動前為45 - 70μA，靜態(tài)電流在啟動后為2.3 - 3.5mA。工作電源電壓范圍為10.3 - 18V，具有明確的開啟和關斷閾值以及滯回特性。此外，誤差放大器、線路前饋、零電流檢測等功能模塊都有相應的精確參數(shù)，確保了控制器的高性能。

三、工作原理與內部模塊

內部電源模塊

由Vcc引腳供電的線性穩(wěn)壓器產(chǎn)生7V內部電源軌，為整個IC（除柵極驅動器外）供電。同時，帶隙電路產(chǎn)生精確的2.5V內部參考電壓，用于控制環(huán)路的調節(jié)。此外，具有滯回特性的欠壓鎖定（UVLO）比較器確保芯片在Vcc電壓足夠高時可靠工作。

零電流檢測和觸發(fā)模塊

該模塊通過檢測ZCD引腳的負向邊沿（低于1.6V）來觸發(fā)外部MOSFET導通。為確保高抗噪性，觸發(fā)模塊需要先被激活，即ZCD引腳電壓需先經(jīng)歷一個超過2.1V的正向邊沿。此功能可用于檢測變壓器去磁以實現(xiàn)準諧振操作，也可用于同步MOSFET的導通與外部時鐘信號。此外，MOSFET關斷后，觸發(fā)模塊會有一段消隱時間，以防止誤觸發(fā)和實現(xiàn)頻率折返功能。

頻率折返模塊

為防止開關頻率過高，L6565限制了開關的最小關斷時間。消隱時間（最小3.5μs）是誤差放大器輸出VCOMP的函數(shù)。當負載電流和輸入電壓使得開關關斷時間低于最小消隱時間時，系統(tǒng)進入“頻率折返”模式，即跳過一些振鈴周期。隨著負載進一步降低，更多振鈴周期被跳過，最終可能進入突發(fā)模式操作。

電壓前饋模塊

準諧振反激式轉換器在固定過流設定點下，其輸出功率會隨輸入電壓顯著變化。L6565的線路前饋功能通過改變控制電壓VCSX的鉗位電平（即過流設定點）來解決這一問題。輸入電壓越高，過流設定點越低。通過適當選擇外部電阻分壓器R1 - R2，可以實現(xiàn)最佳補償。

誤差放大器模塊

誤差放大器的反相輸入用于比較輔助繞組產(chǎn)生的電壓與內部參考電壓，以實現(xiàn)轉換器輸出電壓的調節(jié)。在二次反饋應用中，誤差放大器可作為反相電平轉換器，實現(xiàn)負反饋并塑造環(huán)路增益。其輸出通常用于控制環(huán)路補償。

電流比較器、PWM鎖存器和打嗝模式OCP

電流比較器通過比較電流檢測電阻上的電壓與前饋模塊提供的編程信號，確定外部MOSFET的關斷時間。PWM鎖存器避免MOSFET的誤開關。當電流檢測輸入引腳電壓超過2V時，比較器會禁用柵極驅動器，通常這是由二次整流器或二次繞組短路引起的。此時，IC進入打嗝模式操作，降低功率電路的應力。

柵極驅動器

圖騰柱緩沖器具有400mA的源極和灌電流能力，驅動外部MOSFET。內部下拉電路在UVLO條件下將輸出保持低電平，防止外部MOSFET意外導通。

四、典型應用與設計示例

典型應用場景

L6565適用于多種電源應用，如電視/顯示器開關電源、AC - DC適配器/充電器、數(shù)字消費打印機、傳真機、復印機和掃描儀等。

設計示例

文檔中給出了兩個典型的設計示例，分別是50W寬范圍市電SMPS用于14"電視和40W寬范圍市電SMPS用于噴墨打印機。這些示例詳細展示了電路拓撲、變壓器規(guī)格、元件參數(shù)等信息，為工程師的實際設計提供了參考。

五、應用建議與注意事項

應用建議

• 優(yōu)化線路前饋：根據(jù)具體應用的輸入電壓范圍，合理選擇外部電阻分壓器R1 - R2，以實現(xiàn)最佳的功率補償。
• 二次反饋設計：在二次反饋應用中，正確配置誤差放大器和光耦，確保輸出電壓的穩(wěn)定調節(jié)。
• 頻率折返設置：根據(jù)負載特性和效率要求，調整消隱時間參數(shù)，以實現(xiàn)合適的頻率折返功能。

注意事項

• 散熱設計：考慮到IC的功率損耗，特別是在高功率應用中，確保良好的散熱條件，以保證芯片的工作溫度在安全范圍內。
• 抗干擾措施：由于控制器對信號的精確檢測和處理，采取適當?shù)目垢蓴_措施，如濾波、屏蔽等，以提高系統(tǒng)的可靠性。
• 保護電路設計：在電路中設計完善的保護電路，如過壓保護、過流保護等，以應對可能出現(xiàn)的異常情況。

六、總結

L6565準諧振SMPS控制器憑借其先進的特性、靈活的功能和廣泛的應用范圍，為電源設計工程師提供了一個強大的工具。通過深入了解其工作原理、引腳功能和應用要點，工程師可以設計出高效、穩(wěn)定、可靠的開關電源。在實際設計中，結合具體應用需求，合理選擇元件參數(shù)和優(yōu)化電路設計，將能夠充分發(fā)揮L6565的優(yōu)勢，滿足各種電源應用的要求。

各位工程師朋友們，你們在使用L6565或類似控制器時遇到過哪些問題或有什么獨特的設計經(jīng)驗呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。