基于L6668的高性能反激式轉(zhuǎn)換器參考設(shè)計(jì)

一、引言

在數(shù)字消費(fèi)設(shè)備的電源設(shè)計(jì)中，高性能、低功耗的開(kāi)關(guān)電源至關(guān)重要。本文將詳細(xì)介紹一款專為機(jī)頂盒和個(gè)人視頻錄像機(jī)（PVR）設(shè)計(jì)的40W開(kāi)關(guān)模式電源（SMPS）參考設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)基于新型控制器L6668，具有寬范圍輸入電壓、多輸出、高效率和低待機(jī)功耗等特點(diǎn)，非常適合為數(shù)字消費(fèi)設(shè)備供電。

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二、主要特性

輸入電壓

輸入電壓范圍為90 - 264 Vrms，頻率范圍是45 - 66Hz，能適應(yīng)不同地區(qū)的電網(wǎng)環(huán)境。

輸出電壓

輸出功率平均為40W，峰值為51W。

待機(jī)功耗

在5V輸出且殘留負(fù)載為50mA時(shí)，待機(jī)功耗低于1W。

短路保護(hù)

所有輸出都具備短路保護(hù)功能，短路消除后可自動(dòng)重啟。

PCB類型與尺寸

采用單面70um（2 - Oz）、CEM - 1材質(zhì)的PCB，尺寸為150 x 75mm。

安全與EMI

符合EN60065安全標(biāo)準(zhǔn)，爬電距離和電氣間隙最小為6.4mm；符合EN50022 - Class B電磁干擾標(biāo)準(zhǔn)。

三、電路描述

拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

采用經(jīng)典的反激式拓?fù)?，工作在連續(xù)和不連續(xù)導(dǎo)通模式，固定頻率為65kHz。這個(gè)頻率的選擇是在變壓器尺寸和開(kāi)關(guān)頻率諧波之間取得平衡，優(yōu)化了輸入濾波器的尺寸和成本。

輸入EMI濾波器

使用經(jīng)典的Pi濾波器，用于抑制差模和共模噪聲。NTC熱敏電阻限制了插入電源時(shí)電容充電產(chǎn)生的浪涌電流。

MOSFET

采用標(biāo)準(zhǔn)且廉價(jià)的600V - 2Ω最大、TO - 220FP封裝的MOSFET，需要一個(gè)小散熱片。

變壓器

為層式變壓器，使用標(biāo)準(zhǔn)的鐵氧體EER28L類型。根據(jù)EN60065標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，由TDK制造。反射電壓為70V，為漏感電壓尖峰提供了足夠的余量，保證了MOSFET的可靠性。

控制器

L6668是核心控制器，集成了控制SMPS所需的所有功能，具有高性能和最少的元件數(shù)量，提供了最大的靈活性。啟動(dòng)時(shí)，高壓電流源從直流母線汲取電流對(duì)電容C19充電，電路啟動(dòng)后，控制器由變壓器通過(guò)二極管D5供電，高壓電流源停用，節(jié)省了正常運(yùn)行和待機(jī)時(shí)的功耗。

控制系統(tǒng)

采用電流模式控制，初級(jí)電流通過(guò)R18和R19進(jìn)行檢測(cè)，并輸入到引腳#12（Isen）。R5和R6連接到引腳#12，用于補(bǔ)償輸入電壓變化引起的功率能力變化。R27連接在引腳#12和引腳#15（S_Comp）之間，為電流信號(hào)提供正確的斜率補(bǔ)償，確保環(huán)路穩(wěn)定。

過(guò)壓保護(hù)

連接到引腳#7（DIS）的電路在反饋網(wǎng)絡(luò)故障和開(kāi)環(huán)運(yùn)行時(shí)提供過(guò)壓保護(hù)。內(nèi)部比較器檢測(cè)該引腳電壓，超過(guò)閾值時(shí)L6668停止工作并降低功耗。

開(kāi)關(guān)頻率

開(kāi)關(guān)頻率由連接到引腳#16（RCT）的RC電路編程，輕載時(shí)控制器可通過(guò)引腳#13（ST - BY）和電阻R15降低工作頻率。

輸出整流器

根據(jù)計(jì)算的最大反向電壓、正向電壓降和功耗選擇輸出整流器。5V和12V輸出的整流器為肖特基類型，正向電壓降低，功耗小，需要小散熱片。另外兩個(gè)輸出整流器也是肖特基類型，但封裝較小。

輸出電壓調(diào)節(jié)

12V、5V和3.3V輸出通過(guò)次級(jí)反饋進(jìn)行調(diào)節(jié)，1.8V輸出通過(guò)變壓器耦合實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。反饋網(wǎng)絡(luò)使用TS2431驅(qū)動(dòng)光耦合器SFH617A - 4，確保初級(jí)和次級(jí)之間的絕緣。

四、交叉調(diào)節(jié)和待機(jī)

輸出電壓測(cè)量

在不同輸入電壓和負(fù)載條件下，對(duì)輸出電壓進(jìn)行了測(cè)量。結(jié)果表明，所有輸出電壓都在規(guī)格要求的公差范圍內(nèi)，效率也很高。例如，在滿載時(shí)，115Vac輸入下效率為78.6%，230Vac輸入下效率為80.6%。

待機(jī)模式

在待機(jī)模式下，電路工作在突發(fā)模式，減少了開(kāi)關(guān)周期數(shù)，降低了與頻率相關(guān)的損耗，提高了效率。L6668通過(guò)監(jiān)測(cè)引腳#10（Comp）的電壓自動(dòng)進(jìn)入突發(fā)模式。在待機(jī)負(fù)載下，輸入功率消耗在兩個(gè)標(biāo)稱輸入電壓范圍內(nèi)均低于800mW，265Vac時(shí)低于900mW。

五、功能檢查

滿載啟動(dòng)行為

在最小和最大輸入市電電壓下，輸出電壓的上升時(shí)間恒定，過(guò)沖可忽略不計(jì)。軟啟動(dòng)時(shí)間可通過(guò)連接到L6668引腳#11的軟啟動(dòng)電容進(jìn)行編程。

喚醒時(shí)間

喚醒時(shí)間是指電源插入或市電開(kāi)關(guān)閉合后，輸出達(dá)到標(biāo)稱電壓所需的時(shí)間。該電源在115Vac和230Vac下的喚醒時(shí)間均為750毫秒，且不受輸入電壓影響。

關(guān)機(jī)

關(guān)機(jī)時(shí)過(guò)渡平穩(wěn)，輔助電壓和輸出電壓無(wú)異常行為。HV啟動(dòng)電路控制關(guān)機(jī)順序，防止轉(zhuǎn)換器重啟和確保輸出電壓?jiǎn)握{(diào)下降。

短路測(cè)試

電源具備短路保護(hù)功能，在輸出短路時(shí)，控制器進(jìn)入打嗝模式，防止元件損壞。短路消除后可自動(dòng)重啟。

過(guò)壓保護(hù)

添加了專門的低成本電路來(lái)檢測(cè)輔助電壓，為電源提供過(guò)壓保護(hù)，防止反饋電路故障導(dǎo)致輸出電壓過(guò)高。

六、總結(jié)

這款基于L6668的反激式轉(zhuǎn)換器參考設(shè)計(jì)具有高性能、高效率和低待機(jī)功耗等優(yōu)點(diǎn)，適用于機(jī)頂盒和PVR等數(shù)字消費(fèi)設(shè)備。其在寬輸入電壓范圍內(nèi)的穩(wěn)定性能、良好的交叉調(diào)節(jié)能力和全面的保護(hù)功能，為電源設(shè)計(jì)提供了一個(gè)可靠的解決方案。各位工程師在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)具體需求對(duì)電路進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整和優(yōu)化。你在電源設(shè)計(jì)中是否遇到過(guò)類似的挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享。