基於ST意法半導體 L6566BH多模式控制器的100 W超寬範圍反激式轉換器解決方案STEVAL-ISA211V1

許多電器和設備需要一個與主電源分開工作的輔助電源 (SMPS),以支持例如待機操作。 這些輔助電源的額定功率從幾瓦到幾十瓦不等,可以是隔離的也可以是非隔離的。 為確保良好的性能,工程師必須選擇最能滿足效率、尺寸、安全性和成本要求的電源拓撲——包括反激式或準諧振(fly-back or quasi-resonant)。 

ST意法半導體的STEVAL-ISA211V1反激式轉換器專為工業用作輔助電源設計,具有增強型隔離的24 V / 100 W輸出可用於多種應用。 輸入電壓範圍從標準歐洲電壓(230 VAC)開始,到690 VAC或1 KVDC。 對於短時間段或較低的輸出功率,轉換器可以在降低到150 VDC的電壓下運行。

STEVAL-ISA211V1基於L6566BH多模式控制器和STW12N170K5 1700 V MDmesh K5功率MOSFET,採用單開關反激式拓撲結構,具有隔離輸出。 L6566BH集成了840 V高壓啟動,該啟動由STD1NK60T4功率MOSFET提升至1 kV。 該轉換器以固定頻率模式工作,但是透過改變一個電阻器可以很容易地將其設置為準諧振模式quasi-resonant mode。

電路板參數


主要零件

L6566BH 是一款用途極為廣泛的電流模式初級控制器 IC,專為使用整流三相輸入線路的高性能離線反激式轉換器而設計。它還適用於必須符合 EN61000-3-2 或 JEITA-MITI 規定的應用的單級、單開關、輸入電流整形轉換器(單級 PFC)。支持固定頻率 (FF) 和準諧振 (QR) 操作。用戶可以根據應用需要選擇兩者之一。該器件具有外部可編程振盪器:它定義了 FF 模式下的轉換器開關頻率和 QR 模式下允許的最大開關頻率。

當選擇 FF 操作時,IC 作為標準電流模式控制器工作,最大佔空比限制為 70% min。可以調製振盪器頻率以減輕 EMI 輻射。

選擇 QR 操作時,會在重負載下發生,並通過觸發 MOSFET 導通的變壓器退磁感應輸入實現。在某些條件下,可以實現 ZVS(零電壓開關)。轉換器的功率能力隨電源電壓上升而增加,由線電壓前饋補償。在中等和輕負載下,由於 QR 工作頻率等於振盪器頻率,因此會激活一個功能(跳谷)以防止頻率進一步上升並使工作盡可能接近 ZVS。

無論是 FF 還是 QR 操作,在非常輕的負載下,IC 都會進入受控的突發模式操作,連同內置的、非耗散的、高電壓啟動電路和低靜態電流,有助於避免消耗電源電壓低並符合節能建議。

創新的自適應 UVLO 有助於最大限度地減少與變壓器寄生引起的自供電電壓波動相關的問題。

該器件包含的保護功能包括:非鎖存輸入欠壓(掉電)、輸出 OVP(可選擇自動重啟或鎖存模式)、具有延遲關斷功能的第一級 OCP,以在過載或短路情況下保護系統(可選擇自動重啟或鎖存模式),以及當變壓器飽和或次級二極管短路時調用的二級 OCP。鎖存禁用輸入允許通過外部 NTC 輕鬆實現 OTP,而內部關斷可防止 IC 過熱。

可編程軟啟動、電流檢測輸入前沿消隱以提高抗噪性、斜率補償(僅在 FF 模式下)以及用於外部控制突發模式操作或遠程開/關控制的關斷功能完善了此功能設備。

官網連結URL: https://www.st.com/en/power-management/l6566bh.html

設計描述:

輸入階

該板配備工業 1 kV 10.3x38 mm 保險絲,佔位面積為標準 5x20 mm保險絲可用於在較低電壓下進行測試。輸入電壓由六個 68 μF / 400 V 電容器整流和穩定,這些電容器排列在三對並聯的串聯中,這些電容器與兩個 1206 SMD 電阻器平衡

上述電路提供安全的高壓啟動。 晶體管 Q1 充當輸入電容器分壓的電壓的簡單電壓跟隨器,大約為 ? 的 V+。 在關閉狀態期間,

HV 引腳電壓僅由漏電流偏置。

Q1 和 HV 引腳均由齊納二極管 D11 和 D12 保護。


緩啟動(soft start)

連接到 L6566BH 控制器 SS 引腳的電容器用於緩啟動和過載保護。在緩啟動階段,電容器由電流 iSS = 20 μA(典型值)從零電壓充電,直到 VSS 達到 2 V。在此期間,初級繞組電流的設定點從零上升到最大值,用於反饋的 COMP 引腳被忽略。緩啟動後,電壓保持在 2 V 直到過載出現,在這種情況下,電容器再次以剛好為軟啟動電流的四分之一的電流充電。如果過載持續足夠長的時間使 VSS 達到 5V,器件將停止開關,使對短時過載有一定的容忍度。將輸出電容器充電至標稱輸出電壓的時間取決於負載和輸入電壓。

由於在緩啟動期間忽略 COMP 引腳,不合適的 SS 電容可能會引起輸出過壓。為防止出現這種情況,必須針對最大輸入電壓和空載設置緩啟動時間,從而在任何其他條件下觸發過載狀態。在此應用中,不可能使用一個電容器來確保安全軟啟動,並且在每種情況下都不會因過載而停止,  因此該板實現瞭如下所示的修改後的緩啟動電路。

在該電路中,緩啟動電容器 C23 確保每個輸入電壓和輸出負載的平滑緩啟動,而帶有 D10 的 Vref 分壓器(電容器 C26 和 C27)延遲過載保護。D9 將 SS 引腳箝位到 Vref 以在過載時觸發自動重啟。


準諧振模式quasi-resonant mode , QR mode, 開關頻率switching frequency, ZCD and OVP 要將初始的固定頻率 (FF) 模式更改為準諧振 (QR) 模式,必須安裝 R26 = 0Ω。還必須安裝 ZCD 電阻R23 和 R28 以進行 QR 操作。這些電阻也在 QR 和 FF 模式下提供過壓保護 (OVP)。如果不需要 OVP,則需要使用電阻R23(例如 330 kΩ)將 ZCD 引腳箝位到 GND 以確保穩定性。

如果選擇 QR 操作,開關頻率會隨著負載降低而增加。當它達到極限(用 R25 設置)時,轉換器開始為低負載實施跳谷valley skipping模式,為空載或極輕負載實施突發burst模式。由於開關損耗與開關頻率和輸入電壓成正比,因此對於全輸入電壓範圍 建議選擇 51.3 kHz FF 操作開關頻率附近的限制;即,R25 = 39 kΩ。

如果 QR 操作的輸入電壓範圍僅涉及較低的電壓(例如,僅 230 VAC),則 R25 可減少至16kΩ;即,大約125 kHz 頻率限制。



官網連結URL

STEVAL-ISA211V1 - 100 W, ultra-wide range flyback converter based on L6566BH - STMicroelectronics

 

►場景應用圖

►展示板照片

►方案方塊圖

►核心技術優勢

 使用多功能集成IC,用料精簡,低成本  電路板設計考慮修改和附加功能,包括電壓佔位面積和 零件安排

►方案規格

 寬輸入電壓範圍: 230至690 VAC在  250至1000 VDC  輸出24 V / 100 W  短時欠壓undervoltage(輸出50 W所需的時間較長)低至150 VDC / 180 VAC  可選擇固定頻率或準諧振操作  嵌入式1 kV高壓啟動  軟啟動電路  掉電保護  符合RoHS

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