基于L6668的高性能反激式转换器参考设计

一、引言

在数字消费设备的电源设计中，高性能、低功耗的开关电源至关重要。本文将详细介绍一款专为机顶盒和个人视频录像机（PVR）设计的40W开关模式电源（SMPS）参考设计。该设计基于新型控制器L6668，具有宽范围输入电压、多输出、高效率和低待机功耗等特点，非常适合为数字消费设备供电。

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二、主要特性

输入电压

输入电压范围为90 - 264 Vrms，频率范围是45 - 66Hz，能适应不同地区的电网环境。

输出电压

Vout	Iout MAX	Iout MIN	P MAX	STABILITY	NOTES
1.8V	1.73A	0.20A	3.1W	±7%	用于数字电路和1.2V本地后置稳压器
3.3V	0.5A	0.03A	1.65W	±5%	用于模拟外设和2.5V稳压器
5V	2.4A	0.3A	12W	±10%	用于硬盘驱动器（HDD）和5V电路
12V	1.9Avg 2.9Apk	0.05A	34.8W	±8%	用于HDD、SCART、卫星机顶盒的LNBP21，平均负载1.9A，2.9A用于HDD启动

输出功率平均为40W，峰值为51W。

待机功耗

在5V输出且残留负载为50mA时，待机功耗低于1W。

短路保护

所有输出都具备短路保护功能，短路消除后可自动重启。

PCB类型与尺寸

采用单面70um（2 - Oz）、CEM - 1材质的PCB，尺寸为150 x 75mm。

安全与EMI

符合EN60065安全标准，爬电距离和电气间隙最小为6.4mm；符合EN50022 - Class B电磁干扰标准。

三、电路描述

拓扑结构

采用经典的反激式拓扑，工作在连续和不连续导通模式，固定频率为65kHz。这个频率的选择是在变压器尺寸和开关频率谐波之间取得平衡，优化了输入滤波器的尺寸和成本。

输入EMI滤波器

使用经典的Pi滤波器，用于抑制差模和共模噪声。NTC热敏电阻限制了插入电源时电容充电产生的浪涌电流。

MOSFET

采用标准且廉价的600V - 2Ω最大、TO - 220FP封装的MOSFET，需要一个小散热片。

变压器

为层式变压器，使用标准的铁氧体EER28L类型。根据EN60065标准设计，由TDK制造。反射电压为70V，为漏感电压尖峰提供了足够的余量，保证了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数量，提供了最大的灵活性。启动时，高压电流源从直流母线汲取电流对电容C19充电，电路启动后，控制器由变压器通过二极管D5供电，高压电流源停用，节省了正常运行和待机时的功耗。

控制系统

采用电流模式控制，初级电流通过R18和R19进行检测，并输入到引脚#12（Isen）。R5和R6连接到引脚#12，用于补偿输入电压变化引起的功率能力变化。R27连接在引脚#12和引脚#15（S_Comp）之间，为电流信号提供正确的斜率补偿，确保环路稳定。

过压保护

连接到引脚#7（DIS）的电路在反馈网络故障和开环运行时提供过压保护。内部比较器检测该引脚电压，超过阈值时L6668停止工作并降低功耗。

开关频率

开关频率由连接到引脚#16（RCT）的RC电路编程，轻载时控制器可通过引脚#13（ST - BY）和电阻R15降低工作频率。

输出整流器

根据计算的最大反向电压、正向电压降和功耗选择输出整流器。5V和12V输出的整流器为肖特基类型，正向电压降低，功耗小，需要小散热片。另外两个输出整流器也是肖特基类型，但封装较小。

输出电压调节

12V、5V和3.3V输出通过次级反馈进行调节，1.8V输出通过变压器耦合实现调节。反馈网络使用TS2431驱动光耦合器SFH617A - 4，确保初级和次级之间的绝缘。

四、交叉调节和待机

输出电压测量

在不同输入电压和负载条件下，对输出电压进行了测量。结果表明，所有输出电压都在规格要求的公差范围内，效率也很高。例如，在满载时，115Vac输入下效率为78.6%，230Vac输入下效率为80.6%。

待机模式

在待机模式下，电路工作在突发模式，减少了开关周期数，降低了与频率相关的损耗，提高了效率。L6668通过监测引脚#10（Comp）的电压自动进入突发模式。在待机负载下，输入功率消耗在两个标称输入电压范围内均低于800mW，265Vac时低于900mW。

五、功能检查

满载启动行为

在最小和最大输入市电电压下，输出电压的上升时间恒定，过冲可忽略不计。软启动时间可通过连接到L6668引脚#11的软启动电容进行编程。

唤醒时间

唤醒时间是指电源插入或市电开关闭合后，输出达到标称电压所需的时间。该电源在115Vac和230Vac下的唤醒时间均为750毫秒，且不受输入电压影响。

关机

关机时过渡平稳，辅助电压和输出电压无异常行为。HV启动电路控制关机顺序，防止转换器重启和确保输出电压单调下降。

短路测试

电源具备短路保护功能，在输出短路时，控制器进入打嗝模式，防止元件损坏。短路消除后可自动重启。

过压保护

添加了专门的低成本电路来检测辅助电压，为电源提供过压保护，防止反馈电路故障导致输出电压过高。

六、总结

这款基于L6668的反激式转换器参考设计具有高性能、高效率和低待机功耗等优点，适用于机顶盒和PVR等数字消费设备。其在宽输入电压范围内的稳定性能、良好的交叉调节能力和全面的保护功能，为电源设计提供了一个可靠的解决方案。各位工程师在实际应用中，可根据具体需求对电路进行适当调整和优化。你在电源设计中是否遇到过类似的挑战呢？欢迎在评论区分享。