200W宽范围L6599基HB LLC谐振转换器参考设计解析

在电子设备不断发展的今天，高效、稳定的电源供应对于LCD TV和平面显示器等设备至关重要。本文将详细介绍一款基于L6599的200W宽范围HB LLC谐振转换器参考设计，探讨其特性、电路设计、测试结果等方面。

文件下载：EVAL6599-200W.pdf

一、设计概述

该参考设计是一款200W的参考板，具备宽范围市电操作和功率因数校正（PFC）功能，适用于LCD TV或显示器等高端应用。其主要特点包括极低的空载输入功耗（<0.5W）和高整体效率，在满载和标称市电电压（115 - 230 Vac）下效率优于87%。

二、主要特性与电路描述

1. 主要特性

• 输入范围：通用输入市电范围为90至264 Vac，频率在45至65 Hz之间。
• 输出电压：提供24V@6A、12V@5A、 - 3.3V@0.7A和 - 5V@1A的连续输出。
• 谐波与规范：符合EN61000 - 3 - 2规范，待机市电功耗典型值为0.5W@230 Vac，整体效率在满载时优于88%，电磁干扰（EMI）符合EN55022 - class B规范，安全符合EN60950规范。
• PCB设计：采用单层PCB，尺寸为132x265 mm，混合使用PTH/SMT技术。

2. 电路组成

电路由三个主要阶段组成：

• PFC预调节器：由L6563控制器实现，工作在FOT（固定关断时间）模式，通过C15、C17、D5、Q3、R14、R17和R29等组件实现FOT控制。其功率级是传统的升压转换器，通过差分模式滤波单元（C5、C6和L3）连接到整流桥输出，用于降低EMI。该阶段提供稳定的400VDC电源，并降低市电谐波。
• 半桥谐振DC/DC转换器：基于L6599谐振控制器，工作在ZVS（零电压开关）模式。L6599集成电路具有非线性软启动、电流保护模式、专用引脚用于排序或欠压（LINE）和待机引脚（STBY）等功能。变压器采用磁集成方法，二次绕组采用中心抽头配置，输出整流器为肖特基二极管。反馈回路通过TL431（U4）和光耦合器（U3）实现，以调节输出电压。
• 辅助反激转换器：基于VIPer12A - E离线初级开关，能够在整个市电电压范围内工作，即使PFC阶段不工作。该转换器主要用于微处理器供电和显示电源管理操作，输出功率约为7W，输出电压为5V和3.3V。

三、电气测试结果

1. 效率测量

在标称市电电压115V和230Vac下，对不同负载条件下的输出电压进行了测量。通过Yokogawa WT - 210数字功率计测量输入功率，测量时需注意避免电缆和连接上的电压降导致的测量误差。测试结果表明，PFC预调节器在FOT模式下的高效率和谐振阶段在ZVS模式下的极低开关损耗，使得整体效率优于88%。即使在低负载下，效率仍然较高，在输出功率约为最大水平的10%时，整体效率在整个输入市电电压范围内仍能达到79%以上。

2. 谐振阶段工作波形

• 满载时：L6599的Pin 14上的半桥方波电压驱动谐振电路，开关频率通常会跟随PFC预调节器的100 - Hz纹波进行轻微调制。变压器初级电流几乎为正弦波，因为工作频率接近变压器漏电感和谐振电容（C28）的谐振频率，此时电路具有良好的ZVS操作裕度，效率高且EMI极低。
• 空载时：转换器能够在零负载下正常工作，输出电压仍在调节范围内。谐振槽电流呈三角形，代表流入变压器初级侧的磁化电流。

3. 待机和空载功耗

当系统处于待机或关机状态，+24V和+12V输出无功率需求时，通过设置ST - BY信号为高，可使PFC预调节器和谐振阶段关闭，仅辅助反激转换器继续工作以供应微处理器电路。测试结果显示，空载时输入功率低于0.5W。

4. 短路保护

L6599配备电流感应输入（pin #6，ISEN）和专用过流管理系统。当电路中的电流超过0.8V时，会触发内部开关，使软启动电容CSS放电，实现近似恒定的初级峰值电流。设计师可以通过外部编程设置转换器在过载或短路条件下允许运行的最大时间（(t{SH})）。如果超过(t{SH})，将激活过载保护（OLP）程序，使L6599关闭，并在连续过载/短路情况下实现连续间歇性操作。

5. 过压保护

PFC预调节器和谐振转换器都配备了各自的过压保护电路。PFC控制器L6563内部具有动态和静态过压保护电路，通过电压分压器检测PFC输出电压，若超过内部阈值，将限制PFC输出电压。此外，还设有额外的保护措施，防止反馈回路故障。谐振转换器的输出电压过压保护电路使用两个齐纳二极管（D21和D23）检测+24V和+12V输出，若超过阈值，将使控制器ICs L6563和L6599的(V_{AUX})电源电压不可用，直到市电电压重新循环。

四、热测试

通过红外热像仪对电路板进行热映射测试，测量了在标称输入电压下电路板元件侧的温度。测试结果显示，所有其他电路板组件的工作温度均在限制范围内，确保了电源的长期可靠运行。

五、传导发射预合规测试

在115V和230V下的测量结果符合EN55022 Class - B规范，测量采用准峰值检测模式。

六、总结

这款基于L6599的200W宽范围HB LLC谐振转换器参考设计在效率、功耗、保护等方面表现出色，适用于LCD TV和平面显示器等对电源要求较高的应用。电子工程师在设计类似电源时，可以参考其电路设计和测试结果，以实现高效、稳定的电源供应。大家在实际应用中是否遇到过类似设计的挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验。