深入解析L6564H：高性能過渡模式PFC控制器

引言

在電源設(shè)計領(lǐng)域，功率因數(shù)校正（PFC）技術(shù)至關(guān)重要，它不僅能提高電源效率，還能減少對電網(wǎng)的諧波污染。L6564H作為一款高性能的過渡模式（TM）PFC控制器，憑借其豐富的特性和卓越的性能，在眾多應(yīng)用中得到了廣泛的應(yīng)用。本文將深入解析L6564H的數(shù)據(jù)手冊，為電子工程師們?nèi)娼榻B這款芯片。

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一、L6564H概述

1.1 基本特點

L6564H是一款工作在過渡模式（TM）的電流模式PFC控制器，它在L6564的基礎(chǔ)上增加了高壓啟動源。其特點包括：

• 高壓啟動：板載700V啟動源，啟動電流低至≤100μA，最大工作偏置電流為6mA。
• 輸入電壓前饋：具備快速“雙向”輸入電壓前饋（(1 / N^{2})校正），可有效補償線路電壓變化對系統(tǒng)性能的影響。
• 精準(zhǔn)保護：提供精確可調(diào)的輸出過壓保護、反饋環(huán)路斷開保護（鎖存關(guān)斷）、電感飽和保護以及交流欠壓檢測等功能，增強了系統(tǒng)的可靠性。
• 驅(qū)動能力：擁有 -600/+800mA圖騰柱式柵極驅(qū)動器，在欠壓鎖定（UVLO）期間具有有源下拉功能，適用于驅(qū)動高功率MOSFET或IGBT。
• 封裝形式：采用SO - 14封裝。

1.2 應(yīng)用領(lǐng)域

L6564H適用于多種PFC預(yù)調(diào)節(jié)器應(yīng)用，如高端AC - DC適配器/充電器、符合IEC61000 - 3 - 2或JEITA - MITI標(biāo)準(zhǔn)的開關(guān)電源（SMPS），特別是功率超過400W的SMPS以及LED照明用SMPS等。

二、關(guān)鍵參數(shù)與特性

2.1 最大額定值

• 絕對最大額定值：涵蓋了各引腳的電壓、電流范圍等參數(shù)，如HVS引腳的電壓范圍為 - 0.3至700V，VCC引腳在特定條件下的電壓為自限等。這些參數(shù)為設(shè)計人員在電路設(shè)計時提供了安全邊界，確保芯片在正常工作時不會因過壓、過流等情況而損壞。
• 熱數(shù)據(jù)：最大熱阻（結(jié)到環(huán)境）為120°C/W，在環(huán)境溫度為50°C時的功率耗散為0.75W，結(jié)溫工作范圍為 - 40至150°C，存儲溫度范圍為 - 55至150°C。了解這些熱數(shù)據(jù)有助于設(shè)計合理的散熱方案，保證芯片在不同環(huán)境溫度下的穩(wěn)定工作。

2.2 引腳連接與功能

L6564H的SO - 14封裝共有14個引腳，每個引腳都有特定的功能：

• INV引腳：誤差放大器的反相輸入，通過電阻分壓器將PFC預(yù)調(diào)節(jié)器的輸出電壓信息輸入該引腳，通常具有高阻抗。
• COMP引腳：誤差放大器的輸出，與INV引腳之間連接補償網(wǎng)絡(luò)，以實現(xiàn)電壓控制環(huán)路的穩(wěn)定性，確保高功率因數(shù)和低總諧波失真（THD）。當(dāng)該引腳電壓低于2.4V時，柵極驅(qū)動器輸出被禁止，進入突發(fā)模式操作。
• MULT引腳：乘法器的主要輸入，通過電阻分壓器連接到整流后的市電電壓，為電流環(huán)路提供正弦參考，并用于獲取市電電壓的均方根信息。
• CS引腳：PWM比較器的輸入，通過電阻感測MOSFET中的電流，將所得電壓與內(nèi)部參考進行比較以確定MOSFET的關(guān)斷時刻。當(dāng)電壓達到1.7V時，可檢測到異常電流，激活安全程序。
• VFF引腳：乘法器的第二個輸入，用于實現(xiàn)(1 / N^{2})功能。與地之間連接電容和并聯(lián)電阻，完成內(nèi)部峰值保持電路，補償控制環(huán)路增益對市電電壓的依賴。

2.3 電氣特性

在特定測試條件下（如(T{J}=-25)至125°C，(V{CC}=12V)等），L6564H的電氣特性包括：

• 電源電壓：工作范圍為10.3至22.5V，啟動閾值為11至13V，關(guān)斷閾值為8.7至10.3V等。這些參數(shù)決定了芯片正常工作的電源電壓條件，設(shè)計時需確保電源電壓穩(wěn)定在該范圍內(nèi)。
• 電源電流：啟動電流在啟動前（(V{CC}=10V)）為90至150μA，靜態(tài)電流在啟動后（(V{MULT}=1V)）為4至5mA，工作電源電流在70kHz時為5至6.0mA。了解電源電流特性有助于評估系統(tǒng)的功耗。
• 其他特性：如高壓啟動發(fā)生器的擊穿電壓、啟動電壓、充電電流等，以及誤差放大器、電流感測比較器、PFC_OK功能等的相關(guān)參數(shù)，這些特性共同保證了芯片的正常工作和系統(tǒng)性能。

2.4 典型電氣性能

通過一系列圖表展示了L6564H在不同溫度和工作條件下的典型電氣性能，如IC消耗與(V{CC})、(T{J})的關(guān)系，(V{CC})齊納電壓與(T{J})的關(guān)系，反饋參考與(T_{J})的關(guān)系等。這些圖表為設(shè)計人員提供了直觀的性能參考，有助于在不同應(yīng)用場景下進行電路設(shè)計和參數(shù)調(diào)整。

三、應(yīng)用信息

3.1 過壓保護（OVP）

PFC預(yù)調(diào)節(jié)器的輸出電壓通常由電壓控制環(huán)路保持在接近標(biāo)稱值。通過PFC_OK引腳使用單獨的電阻分壓器監(jiān)測輸出電壓，當(dāng)輸出電壓超過預(yù)設(shè)值時，該引腳電壓達到2.5V，觸發(fā)過壓保護，立即停止柵極驅(qū)動活動，直到PFC_OK引腳電壓降至2.4V以下。設(shè)計人員可根據(jù)實際需求選擇合適的電阻值，確保系統(tǒng)在過壓情況下的安全。

3.2 反饋故障保護（FFP）

當(dāng)反饋環(huán)路斷開或出現(xiàn)錯誤設(shè)置時，可能導(dǎo)致輸出電壓異常升高。如果PFCOK引腳檢測到過壓且INV引腳電壓低于1.66V，則觸發(fā)反饋故障保護，立即停止柵極驅(qū)動活動，芯片進入鎖存關(guān)斷狀態(tài)，降低靜態(tài)功耗。只有當(dāng)(V{CC})電壓低于6V后再上升到啟動閾值，系統(tǒng)才能恢復(fù)正常運行。此外，PFC_OK引腳還可作為非鎖存的IC禁用信號，電壓低于0.23V時關(guān)閉IC，高于0.27V時重啟。

3.3 電壓前饋

PFC預(yù)調(diào)節(jié)器的功率級增益隨輸入電壓的平方變化，導(dǎo)致開環(huán)增益的交叉頻率也隨之變化，影響系統(tǒng)的控制動態(tài)。電壓前饋通過獲取與輸入電壓均方根成正比的電壓，經(jīng)過平方/除法電路處理后提供給乘法器，補償線路電壓變化對系統(tǒng)增益的影響。L6564H采用了獨特的電壓前饋技術(shù)，僅需兩個外部元件（(C{FF})和(R{FF})），可有效減少時間常數(shù)的權(quán)衡問題。在市電電壓突然上升時，(C{FF})通過內(nèi)部二極管的低阻抗快速充電；在市電電壓下降時，內(nèi)部“市電下降”檢測器使低阻抗開關(guān)導(dǎo)通，快速放電(C{FF})，避免長時間的穩(wěn)定時間。

3.4 THD優(yōu)化電路

該電路可減少交流輸入電流在市電電壓過零點附近的導(dǎo)通死區(qū)角（交叉失真），從而顯著降低電流的總諧波失真（THD）。其原理是在市電電壓過零點附近，通過在乘法器輸出端增加正偏移，人為增加功率開關(guān)的導(dǎo)通時間，隨著瞬時市電電壓的增加，偏移量逐漸減小。為了充分發(fā)揮該電路的作用，應(yīng)盡量減小橋整流器后的高頻濾波電容，以減少其對交流輸入電流導(dǎo)通死區(qū)角的影響。

3.5 電感飽和檢測

Boost電感的硬飽和可能導(dǎo)致PFC預(yù)調(diào)節(jié)器發(fā)生致命故障，使MOSFET電流異常增大，造成功率元件損壞。L6564H在電流感測引腳（CS）上設(shè)置了第二個比較器，當(dāng)電壓超過1.7V時，停止IC工作，并通過內(nèi)部啟動電路嘗試重啟，啟動重復(fù)時間加倍，以降低電感和升壓二極管的應(yīng)力，提高系統(tǒng)安全性。

3.6 電源管理/內(nèi)務(wù)功能

通過PFC_OK引腳的禁用功能，可與級聯(lián)DC - DC轉(zhuǎn)換器的控制IC建立通信線路，在輕載時允許DC - DC轉(zhuǎn)換器的PWM控制器關(guān)閉L6564H，以降低空載輸入功耗。此外，還具備欠壓保護功能，當(dāng)檢測到市電欠壓時，激活非鎖存的關(guān)斷功能，避免因過流導(dǎo)致初級功率部分過熱，以及防止PFC預(yù)調(diào)節(jié)器在開環(huán)狀態(tài)下工作。

四、高壓啟動發(fā)生器

4.1 電路結(jié)構(gòu)

高壓啟動發(fā)生器由高壓N溝道FET、15MΩ偏置電阻和溫度補償電流發(fā)生器組成，采用BCD離線技術(shù)制造，可承受700V電壓，由低電壓芯片控制。

4.2 工作原理

當(dāng)轉(zhuǎn)換器首次通電時，大容量電容上的電壓上升到約80V時，高壓啟動發(fā)生器開始工作，吸取約1mA電流，為(V{CC})引腳的旁路電容充電，使其電壓近似線性上升。當(dāng)(V{CC})電壓達到啟動閾值（典型值為12V）時，低電壓芯片開始工作，高壓啟動發(fā)生器停止工作。在轉(zhuǎn)換器斷電時，當(dāng)(V_{CC})電壓下降到UVLO閾值（典型值為9.5V）以下，高壓啟動發(fā)生器可重新啟動。在反饋故障等情況下，高壓啟動發(fā)生器可保證芯片的安全工作，如在DC - DC輸出短路時，通過周期性地啟動和停止，實現(xiàn)功率的有限傳輸。

五、應(yīng)用示例

文檔中給出了100W寬范圍市電的EVL6564H演示板的電氣原理圖，并展示了該演示板對EN61000 - 3 - 2和JEITA - MITI標(biāo)準(zhǔn)的符合性，以及不同輸入電壓和負載條件下的輸入電流波形。這些示例為設(shè)計人員提供了實際應(yīng)用的參考，有助于他們在實際項目中更好地使用L6564H芯片。

六、總結(jié)

L6564H作為一款高性能的過渡模式PFC控制器，具有豐富的功能和優(yōu)異的性能。其高壓啟動源、精準(zhǔn)的保護功能、獨特的電壓前饋技術(shù)和THD優(yōu)化電路等特點，使其在高端AC - DC適配器、大功率SMPS等應(yīng)用中具有很大的優(yōu)勢。電子工程師在設(shè)計相關(guān)電路時，應(yīng)充分了解其各項參數(shù)和特性，結(jié)合具體應(yīng)用需求，合理選擇外部元件，優(yōu)化電路設(shè)計，以實現(xiàn)系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定運行。同時，通過參考文檔中的應(yīng)用示例，可加快設(shè)計進程，提高設(shè)計質(zhì)量。大家在使用L6564H的過程中，有沒有遇到過一些特殊的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。