深入解析L6564H：高性能过渡模式PFC控制器

引言

在电源设计领域，功率因数校正（PFC）技术至关重要，它不仅能提高电源效率，还能减少对电网的谐波污染。L6564H作为一款高性能的过渡模式（TM）PFC控制器，凭借其丰富的特性和卓越的性能，在众多应用中得到了广泛的应用。本文将深入解析L6564H的数据手册，为电子工程师们全面介绍这款芯片。

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一、L6564H概述

1.1 基本特点

L6564H是一款工作在过渡模式（TM）的电流模式PFC控制器，它在L6564的基础上增加了高压启动源。其特点包括：

• 高压启动：板载700V启动源，启动电流低至≤100µA，最大工作偏置电流为6mA。
• 输入电压前馈：具备快速“双向”输入电压前馈（(1 / N^{2})校正），可有效补偿线路电压变化对系统性能的影响。
• 精准保护：提供精确可调的输出过压保护、反馈环路断开保护（锁存关断）、电感饱和保护以及交流欠压检测等功能，增强了系统的可靠性。
• 驱动能力：拥有 -600/+800mA图腾柱式栅极驱动器，在欠压锁定（UVLO）期间具有有源下拉功能，适用于驱动高功率MOSFET或IGBT。
• 封装形式：采用SO - 14封装。

1.2 应用领域

L6564H适用于多种PFC预调节器应用，如高端AC - DC适配器/充电器、符合IEC61000 - 3 - 2或JEITA - MITI标准的开关电源（SMPS），特别是功率超过400W的SMPS以及LED照明用SMPS等。

二、关键参数与特性

2.1 最大额定值

• 绝对最大额定值：涵盖了各引脚的电压、电流范围等参数，如HVS引脚的电压范围为 - 0.3至700V，VCC引脚在特定条件下的电压为自限等。这些参数为设计人员在电路设计时提供了安全边界，确保芯片在正常工作时不会因过压、过流等情况而损坏。
• 热数据：最大热阻（结到环境）为120°C/W，在环境温度为50°C时的功率耗散为0.75W，结温工作范围为 - 40至150°C，存储温度范围为 - 55至150°C。了解这些热数据有助于设计合理的散热方案，保证芯片在不同环境温度下的稳定工作。

2.2 引脚连接与功能

L6564H的SO - 14封装共有14个引脚，每个引脚都有特定的功能：

• INV引脚：误差放大器的反相输入，通过电阻分压器将PFC预调节器的输出电压信息输入该引脚，通常具有高阻抗。
• COMP引脚：误差放大器的输出，与INV引脚之间连接补偿网络，以实现电压控制环路的稳定性，确保高功率因数和低总谐波失真（THD）。当该引脚电压低于2.4V时，栅极驱动器输出被禁止，进入突发模式操作。
• MULT引脚：乘法器的主要输入，通过电阻分压器连接到整流后的市电电压，为电流环路提供正弦参考，并用于获取市电电压的均方根信息。
• CS引脚：PWM比较器的输入，通过电阻感测MOSFET中的电流，将所得电压与内部参考进行比较以确定MOSFET的关断时刻。当电压达到1.7V时，可检测到异常电流，激活安全程序。
• VFF引脚：乘法器的第二个输入，用于实现(1 / N^{2})功能。与地之间连接电容和并联电阻，完成内部峰值保持电路，补偿控制环路增益对市电电压的依赖。

2.3 电气特性

在特定测试条件下（如(T{J}=-25)至125°C，(V{CC}=12V)等），L6564H的电气特性包括：

• 电源电压：工作范围为10.3至22.5V，启动阈值为11至13V，关断阈值为8.7至10.3V等。这些参数决定了芯片正常工作的电源电压条件，设计时需确保电源电压稳定在该范围内。
• 电源电流：启动电流在启动前（(V{CC}=10V)）为90至150µA，静态电流在启动后（(V{MULT}=1V)）为4至5mA，工作电源电流在70kHz时为5至6.0mA。了解电源电流特性有助于评估系统的功耗。
• 其他特性：如高压启动发生器的击穿电压、启动电压、充电电流等，以及误差放大器、电流感测比较器、PFC_OK功能等的相关参数，这些特性共同保证了芯片的正常工作和系统性能。

2.4 典型电气性能

通过一系列图表展示了L6564H在不同温度和工作条件下的典型电气性能，如IC消耗与(V{CC})、(T{J})的关系，(V{CC})齐纳电压与(T{J})的关系，反馈参考与(T_{J})的关系等。这些图表为设计人员提供了直观的性能参考，有助于在不同应用场景下进行电路设计和参数调整。

三、应用信息

3.1 过压保护（OVP）

PFC预调节器的输出电压通常由电压控制环路保持在接近标称值。通过PFC_OK引脚使用单独的电阻分压器监测输出电压，当输出电压超过预设值时，该引脚电压达到2.5V，触发过压保护，立即停止栅极驱动活动，直到PFC_OK引脚电压降至2.4V以下。设计人员可根据实际需求选择合适的电阻值，确保系统在过压情况下的安全。

3.2 反馈故障保护（FFP）

当反馈环路断开或出现错误设置时，可能导致输出电压异常升高。如果PFCOK引脚检测到过压且INV引脚电压低于1.66V，则触发反馈故障保护，立即停止栅极驱动活动，芯片进入锁存关断状态，降低静态功耗。只有当(V{CC})电压低于6V后再上升到启动阈值，系统才能恢复正常运行。此外，PFC_OK引脚还可作为非锁存的IC禁用信号，电压低于0.23V时关闭IC，高于0.27V时重启。

3.3 电压前馈

PFC预调节器的功率级增益随输入电压的平方变化，导致开环增益的交叉频率也随之变化，影响系统的控制动态。电压前馈通过获取与输入电压均方根成正比的电压，经过平方/除法电路处理后提供给乘法器，补偿线路电压变化对系统增益的影响。L6564H采用了独特的电压前馈技术，仅需两个外部元件（(C{FF})和(R{FF})），可有效减少时间常数的权衡问题。在市电电压突然上升时，(C{FF})通过内部二极管的低阻抗快速充电；在市电电压下降时，内部“市电下降”检测器使低阻抗开关导通，快速放电(C{FF})，避免长时间的稳定时间。

3.4 THD优化电路

该电路可减少交流输入电流在市电电压过零点附近的导通死区角（交叉失真），从而显著降低电流的总谐波失真（THD）。其原理是在市电电压过零点附近，通过在乘法器输出端增加正偏移，人为增加功率开关的导通时间，随着瞬时市电电压的增加，偏移量逐渐减小。为了充分发挥该电路的作用，应尽量减小桥整流器后的高频滤波电容，以减少其对交流输入电流导通死区角的影响。

3.5 电感饱和检测

Boost电感的硬饱和可能导致PFC预调节器发生致命故障，使MOSFET电流异常增大，造成功率元件损坏。L6564H在电流感测引脚（CS）上设置了第二个比较器，当电压超过1.7V时，停止IC工作，并通过内部启动电路尝试重启，启动重复时间加倍，以降低电感和升压二极管的应力，提高系统安全性。

3.6 电源管理/内务功能

通过PFC_OK引脚的禁用功能，可与级联DC - DC转换器的控制IC建立通信线路，在轻载时允许DC - DC转换器的PWM控制器关闭L6564H，以降低空载输入功耗。此外，还具备欠压保护功能，当检测到市电欠压时，激活非锁存的关断功能，避免因过流导致初级功率部分过热，以及防止PFC预调节器在开环状态下工作。

四、高压启动发生器

4.1 电路结构

高压启动发生器由高压N沟道FET、15MΩ偏置电阻和温度补偿电流发生器组成，采用BCD离线技术制造，可承受700V电压，由低电压芯片控制。

4.2 工作原理

当转换器首次通电时，大容量电容上的电压上升到约80V时，高压启动发生器开始工作，吸取约1mA电流，为(V{CC})引脚的旁路电容充电，使其电压近似线性上升。当(V{CC})电压达到启动阈值（典型值为12V）时，低电压芯片开始工作，高压启动发生器停止工作。在转换器断电时，当(V_{CC})电压下降到UVLO阈值（典型值为9.5V）以下，高压启动发生器可重新启动。在反馈故障等情况下，高压启动发生器可保证芯片的安全工作，如在DC - DC输出短路时，通过周期性地启动和停止，实现功率的有限传输。

五、应用示例

文档中给出了100W宽范围市电的EVL6564H演示板的电气原理图，并展示了该演示板对EN61000 - 3 - 2和JEITA - MITI标准的符合性，以及不同输入电压和负载条件下的输入电流波形。这些示例为设计人员提供了实际应用的参考，有助于他们在实际项目中更好地使用L6564H芯片。

六、总结

L6564H作为一款高性能的过渡模式PFC控制器，具有丰富的功能和优异的性能。其高压启动源、精准的保护功能、独特的电压前馈技术和THD优化电路等特点，使其在高端AC - DC适配器、大功率SMPS等应用中具有很大的优势。电子工程师在设计相关电路时，应充分了解其各项参数和特性，结合具体应用需求，合理选择外部元件，优化电路设计，以实现系统的高效、稳定运行。同时，通过参考文档中的应用示例，可加快设计进程，提高设计质量。大家在使用L6564H的过程中，有没有遇到过一些特殊的问题呢？欢迎在评论区分享交流。