高效准谐振开关电源——采用L6565输出低电压、大电流

实现电源低电压、大电流输出是开关电源向现代发展的要求，因为低电压大电流输出存在着集成化控制问题，新材料、新器件问题，还有大规模生产工艺等问题。L6565和L6561结合解决了电路集成控制问题。电路用于LCD显示器和笔记本电脑电源等。

1.L6565电路特点

1）满足大电流输出。首先要满足电路转换效率拓扑，它采用了有源钳位零电压开关和准谐振技术，这一技术使开关电路具有在大电流输出的状态下，具有较高的转换效率和较低的EMI干扰。

2）电源的消耗低。待机的功耗小，体积小、价格低，是L6565的特点之一，因为电路处在准谐振模式下运行，开关功率管的损耗理论上是零值软开关，开关电路所承受的电压应力可以做到最大，输出的功率也能设计到最大。

表4-1 高频变压器PQ磁心设计用表

3）电路具有过电流、过电压、短路等保护功能。虽然电路的输出功率高达120W，但它的效率提到90%，非常安全、可靠。由于L6561在电路中起着有源功率因数调整，所以它的功率因数可达到0.999。电路还采用输入电压前馈控制，这样它的输出功率基本上是恒功率输出。

4）电路采用同步整流技术，由于有了这种技术，使开关管的电压应力提高，开关管的漏—源极的阻抗降低，这样开关管提供快速导通和截止的通路，减小了因电流互感器在振荡变压器所产生的尖峰电压使功率管误动作所造成控制器失控。同时，变压器的漏电感的存在，使电路在漏感与电容的作用下产生谐振，保证开关管在零电压开关状态运行。

2.L6565与L6561所组成电路工作原理

电路由输入低通滤波功能保护电路、抑制EMI和RFI电路、输入电压整流滤波电路、有源功率因数校正电路、准谐振直流转换输出电路、输出同步整流滤波电路、电压检测反馈取样电路等组成，如图4-16所示。电路用于笔记本电脑和LCD显示器等场合。

1）输入低通滤波及保护电路

交流输入电压通过C₁、L₁、C₂、L₂组成两级滤波电路，分别对低于10MHz和高于30MHz的电磁杂波进行抑制和旁路，消除电路的传导干扰和辐射干扰。FU是输入电压过电压或过电流熔丝，R_t是输入回路负温度系数热敏电阻，它们是防止电源因温度过高，起着过温保护作用，电容C₂、C₃串接在输入电压的中线与相线之间，起着抑制共模干扰，通常称为Y电容。如何消除体积小的开关电源的热量传导与抑制EMI干扰是这种输出低电压、大电流设计最难的课题之一，我们知道抑制EMI干扰主要决定于L₁、L₂的电感量，低电感对抑制高频段有利、高电感对抑制低频段有利，从统筹着想，设计两级滤波抑制电路显得非常重要。为安全，R₁是泄放电阻，防止电容在放电期间，发生电击。

L6565的第2脚是将输入电流检测和输出电压前馈电路的输出信号进行比较，决定MOSFET关断时间，如果2脚电压超过2V门限，比较器则启动，栅极驱动截止，这就是过电流保护。

2）功率因数校正电路

有源功率因数校正不但是对开关电源非常重要，同样是对电子镇流器和其他一些电子设备不可缺少的电路组件，有关PFC的电路工作原理在4.1节中已作详细介绍，这里不再重复。但我们必须注意到，PFC的输出电压不但与设置电阻R₂₃和R₆+R₈的分压电阻有关，还与脉宽调制占空比D有关，输出电压的计算公式是

当输入电压V_in=96V，D=0.76时

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当输入电压V_in=265V，D=0.3375时

保持输出电压400V不变，占空比D在变化。D的加大，使调制功率管MOSFET的导通时间加长，功率损耗加大，最好的办法是降低电R₂₃的阻值，达到占空比D在较小范围内变化。IC₁、R₂₃、R6、R8以及占空比D都是PFC的控制元器件。VT₂的基极电压由R₁₁、R₁₂分压取得，当输入电压为AC 86V时，VT₂的基极电压低于VT₂基极—射极的导通电压，VT₂截止，这时PFC的输出电压由电阻R₂₃和R₆、R₈分压取得；当输入电压大于AC 150V时，VT₂导通，这时R₂₃和R₁₂并联，PFC输出电压达到400V左右。

图4-16 低电压、大电流输出L6565准谐振开关电源

3）L6565的供电电路

L6565的8脚是它的电源电压端，其启动电压是13.5V，关闭电压是9.5V。交流输入电压的一路，经R₂、C₅降压，VD₁、VD₂、C₁₀整流滤波后，向IC₂的8脚提供启动电压，IC₃的7脚向VT₃的栅极输出驱动脉冲，使变压器振荡，N_F反馈绕组的电压经VD₅整流，由L₅、C₁₀滤波，向IC₃提供13.5V的工作电压。由图4-17a的内部结构图可知，一旦V_CC脚导通，它的内部所有电路工作电压由电压调节器产生的7V电压向各个部分提供动力源，如果V_CC的电压降至9.5V以下，驱动器立即停止输出，L6565的驱动管截止，输出被关断。

图4-17 L6565内部功能及引脚排列图

4）零电流检测电路

L6565的零电流检测信号（ZCD）是从振荡变压器TR₂的反馈绕组N_F获得的，经电阻R₂₇进入IC₃的第5脚，如果施加到5脚上的脉冲为负值而且在-1.6V以下时，IC₃的7脚将向VT₃输出触发脉冲。如果施加到5脚为正向触发脉冲，而且脉冲的上升沿达到5.2V，这时IC₃的7脚将向VT₃输出关断信号，关断信号发出以后，在3.5～10μs的消隐时间内，ZCD阻止任何负向脉冲进入第5脚，并实现频率变换。这种频率变换，是为了防止准谐振（QR）回扫变换电路的开关频率过高，影响IC₃对开关管的关断时间给予限制，当电路的负载电流和输入电压超过正常电路设定值时，零电流检测系统将立即进入频率变换，这种频率变换的结果，就是电路实施过电流、过电压保护的功能。图4-17b是它的引脚排列图。

5）同步整流电路

振荡变压器利用高频振荡将电能由一次侧传递给二次侧，对传入的电流相位相同进行二次或三次谐波整流平波，称为同步整流。同步整流电路包括振荡变压器VT₂、并联晶体管VT₅、VT₆。

MOSFET管VT₉、VT₁₀、整流二极管VD₉、VD₁₀以及周边的电阻、电容等所组成。设计同步整流是为了取得最大的输出电流和最低的电流纹波。TR₃是电路滤波电感也称电流变压器。它的磁心选用N30材质环形磁心。电阻R₃₇、电容C₂₁以及电阻R₃₁、电容C₁₉组成快速充放电网络，使MOSFET管VT₉、VT₁₀、晶体管VT₅、VT₆快速放电，减小因电流变压器TR₃的电磁感应所产生的尖峰电压使整流二极管误动作，影响输出电流电压的质量、加大整流的功率损耗。电阻R₃₄是电流负反馈取压电阻，用它来调节负反馈的深度，使功率输出稳定。

6）误差负反馈及保护电路

负反馈是使电路性能稳定所采用的主要方法。误差反馈及保护电路主要由IC₄、IC₅、VD₁₁、R₃₈、VD₁₂、R₃₉、R₄₄、C₂₂等元器件组成。IC5的工作电压取自电路的输出电压，该电压又经R₄₀加到IC₅的3脚，在IC₅的内部产生2.5V的精密电压。R₃₉、R₄₄经过分压连到输出端，反相分压电压加到IC₅的2脚上，它与IC₅的3脚同相输入的基准电压进行比较，其差值由IC₅的第1脚输出。电路的恒压控制模式是：R₃₈→IC₄→VD₁₁→IC₅的1脚形成电压控制回路；恒流控制回路是：IC₅的第5脚→R₄₁→R₄₂分压后，与由6脚输入的反相信号进行比较，再经6脚输出电流信号，此信号电流在电阻R₃₄产生压降。当输出电流增加时，6脚的控制电压大于5脚的设定电压，此时，IC₄发光二极管的电流经VD₁₂流向7脚，使7脚输出低电压，实现恒流输出的目的。IC₄的电流也可由VD₁₁流入1脚，这时7脚输出高电压。VD₁₁、VD₁₂组成“或门”电路，IC₄的电流流向决定电路输出电压的高低。利用精密稳压源TL431和光耦合器PC817C是一般开关电源所普遍应用的负反馈控制电路，本电路采用误差放大器输出IC₃的2脚与反相输入（1脚）之间R₂₅、C₁₈组成的RC网络，用作控制环路补偿，这种反馈方式，是要求L6565作为准谐振同步方式才被采用。