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[经验]

一种专用于软开关半桥的双端PWM控制器拓扑结构

2020-9-17 17:15:15  62 PWM控制器
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特征
开关互补PWM控制
可编程死区半桥
工作频率高达500 kHz
车载高压启动
先进的轻载管理
自适应UVLO
逐脉冲OCP
OLP(锁定或自动重启)
变压器饱和检测
与PFC控制器的接口
闭锁禁用输入
通电顺序或断电输入
保护
可编程软启动
4%精度外部参考
600 V形轨兼容高压侧闸门驱动器
集成自举二极管和高dV/dt
免疫
SO16N包
应用
大功率AC-DC适配器/充电器
台式PC,入门级服务器
电信SMPS

设备说明
L6591是一种专用于软开关半桥的双端PWM控制器拓扑结构。它提供互补的PWM控制,其中高压侧开关被驱动对于占空比D和占空比1-D的低压侧开关,D为50%。外部在一个开关关闭和另一个保证软开关和高频操作。为了用自举方法驱动高压侧开关,集成电路包含一个高压浮式结构能够承受600伏以上的同步驱动高压替代外部快速恢复引导二极管的DMO。IC使设计者能够通过外部可编程振荡器:最大占空比由T触发器,这样工作频率将是振荡器的一半。在非常轻的负载下,集成电路进入受控的突发模式操作,与内置的无耗散高压启动电路和低静态电流,有助于保持低电源消耗量,符合节能建议。使两级功率因数校正系统符合这些标准,提供了一个与PFC控制器的接口,可以在一个脉冲和下一个脉冲之间关闭预调节器。创新的自适应UVLO有助于将与输出负载的自供电电压,由于变压器的寄生。集成电路的保护功能包括:不锁存输入欠压(brownout),一级具有延时停机功能的OCP,在过载和短路时保护系统条件(可以选择自动重启或闩锁模式)和第二级OCP当变压器饱和或其中一个次级二极管发生短路时,锁定IC。最后,锁存禁用功能允许OTP或OVP的简单实现。电流传感输入引脚可编程软启动和数字前沿消隐完成集成电路的设备。

电气特性
(TJ=0至105°C,Vcc=15 V,VBOOT=12 V,CHVG=CLVG=1 nF;RT=22 kΩ,CT=330 pF;除非另有规定)

电气特性(续)
(TJ=0至105°C,Vcc=15 V,VBOOT=12 V,CHVG=CLVG=1 nF;RT=22 kΩ,CT=330 pF;除非另有规定)

电气特性(续)
(TJ=0至105°C,Vcc=15 V,VBOOT=12 V,CHVG=CLVG=1 nF;RT=22 kΩ,CT=330 pF;除非另有规定)

1.互相跟踪时的参数
2.互相跟踪时的参数
3.设计保证参数
申请信息
L6591是一种先进的电流模式PWM控制器,专门用于固定频率、峰值电流模式控制的ZVS半桥变换器。在这些转换器中,开关(MOSFET)采用互补占空比控制:高侧MOSFET被驱动对于占空比D,对于占空比1-D,低压侧MOSFET接通,以确保正常工作最大允许占空比必须限制在50%以下。在一个MOSFET关断之间插入一个外部可编程死区TD另一个开关的开启保证了软开关,实现了高频高效率、低电磁干扰排放。有关如何编程TD的更多信息,请参阅第19页第5.6节:振荡器和死区时间编程。该装置能够在不同的模式下工作(图4),这取决于转换器的
负载条件:
1.重载时固定频率。一种松弛振荡器,外部可编程电容器和电阻器产生锯齿并在锯齿的下降边缘。在这个区域,低侧MOSFET被时钟信号和高侧MOSFET的偶数脉冲在延迟后被打开;高侧MOSFET关闭,在延迟之后,低侧MOSFET被关闭打开以响应控制回路。
2.无负载或负载很轻的突发模式控制。当负载非常轻或断开时,转换器将进入受控的开/关操作,并具有固定的占空比,当一系列的开关周期被长周期隔开时MOSFET处于关闭状态。然后,负载降低将转换为一个频率降低,甚至可以降低到几百赫兹,从而使所有与频率相关的损耗,使其更容易符合节能要求规章制度。由于峰值电流非常低,因此不会出现可听噪声的问题。

高压启动发电机
图5显示了高压启动发电机(高压发电机)的内部示意图。它由一个高压N沟场效应晶体管组成,其栅极由一个15毫瓦的电阻器偏置,温度补偿电流发生器与电源相连。参考图6的时序图,第一次向转换器供电时大容量电容器(Vin)上的电压逐渐增大,当电压达到80 V时,高压发电机可运行(高压电被拉高),并消耗约1毫安。这股水流,由于集成电路的消耗减少,对连接在管脚之间的旁路电容器充电Vcc(9)接地,使其电压几乎线性上升。当Vcc电压达到启动阈值(13.5 V典型值)时,IC开始工作,并且高压发电机被断言为高电平的Vcc_OK信号切断。IC由储存在Vcc电容器中的能量,直到自供电路产生高电压足够维持手术。这个电路的剩余消耗就是15毫瓦电阻(400伏直流电压下约为10毫瓦),在相同的条件下,通常要低50-70倍条件,与采用外部下降的标准启动电路相比电阻器。


变频器断电时,一旦输入电压如此,系统将失去调节低峰值电流或最大占空比限制被触发。然后Vcc将下降当IC低于UVLO阈值(10.5V典型值)时,停止IC的活动。Vcc_OK信号当Vcc电压低于约为5 V的阈值Vccrest时,将取消断言高压发电机现在可以重新启动,但是,如果Vin<Vinstart,如图6所示,高压发电机也被取消断言,高压发电机被禁用。这将阻止转换器的重新启动尝试并确保在断电时输出电压单调衰减。低重启阈值vcrest确保在短路期间,重新启动尝试L6591的重复率非常低,如图7的时序图所示,转换器将以极低的功率吞吐量安全工作。当调用IC以确保真正的闩锁关闭。有关更多详细信息,请参阅“锁定关机”部分。
图7。显示短路行为的时序图(不锈钢销夹持在5 V以下)

空载或非常轻载运行
当引脚补偿处的PWM控制电压低于1.75 V的阈值时,IC在高压侧和低压侧MOSFET都保持在关闭状态时被禁用振荡器停止,静态消耗大大降低,以最小化Vcc电容器放电。由于对能量的反馈反应,控制电压现在将增加传输停止,当电压超过1.82 V时,IC将重新启动开关。过了一会儿,控制电压将再次下降,以响应能量爆发和停止集成电路。就这样转换器将以一种几乎恒定峰值电流的突发模式工作。进一步负载降低会导致频率降低,甚至会降到很少100赫兹,从而最大限度地减少所有与频率相关的损耗,并使其更易于遵守有节能法规。图8的时序图说明了这种情况操作,显示最重要的信号。如果有必要降低突发模式操作的干预阈值,则可以如图9所示,在电流感应管脚上增加一个小的直流偏移量。
注:偏移减少了电流信号的可用动态;因此,值在确定感测电阻时,必须考虑到该偏移。

即使在功率因数校正的情况下也能帮助设计者达到节能要求在系统中,PFC预调节器先于DC-DC转换器,L6591允许这样做PFC预调节器可在突发模式操作期间关闭,从而消除本阶段空载消耗(0.5÷1W)。这不存在合规性问题,因为电磁兼容法规中关于低频谐波发射的规定是指额定负载,没有限制变频器轻载或空载运行时的设想。为此,L6591提供PFC_STOP(#8)引脚:它是开路集电极输出,常开,在突发模式操作期间,当IC空闲时,即被断言为低。这个信号将在外部用于关闭PFC控制器和预调节器as如图10所示。当L6591处于UVLO时,引脚保持打开,以使PFC控制器先启动。
PWM控制块
该装置专门用于二次反馈。一般来说,在二次侧有一个TL431侧和光,将输出电压信息传输到一次侧,穿过隔离栅。PWM控制输入(引脚7,COMP)被驱动直接由光电晶体管的集电极(发射极接地)来调节占空比循环。建议在引脚和GND(#11)之间放置一个小的滤波电容器,如尽量靠近IC降低开关噪声的拾取,在输出端设置一个极点来控制传递函数。
PWM比较器、PWM锁存器和hiccup模式OCP
PWM比较器通过电流检测电阻(Rs)和将其与引脚补偿(#7)上的电压导出的编程信号进行比较,确定高压侧MOSFET关闭的确切时间。脉宽调制闩锁避免了可能由产生的噪声(“双脉冲抑制”)引起的假开关。第二个比较器感测电流感应输入端的电压并关闭IC如果引脚处的电压超过1.5 V,通常会产生这种异常情况一个次级整流器短路或二次绕组短路或饱和变压器。只要IC供电,这种情况就会被锁定;因此如果IC由外部电源供电,需要断开电源以重新启动集成电路。为了区分实际故障和干扰(例如,在ESD试验期间引起的),应比较器第一次跳闸时,保护电路进入“警告状态”。如果在下一个开关周期比较器未跳闸,假设存在临时干扰保护逻辑将在空闲状态下复位;如果比较器再次跳闸,则假设故障,L6591将停止。如果设备是自供电的,则没有来自自供电电路的能量,则Vcc电容器上的电压会在一段时间后衰减并超过UVLO阈值,打开门闩。内部启动发电机仍然关闭,然后Vcc电压仍然在Vcc电容器和IC再次充电之前,需要低于其重启电压重新启动。最终,上述任何一种故障都会导致低频间歇运行(Hiccup模式操作),电源电路应力极低。图11的时序图说明了这种操作。

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