19V、90W谐振转换器设计解析：高效与可靠并存

在电子设备不断发展的今天，电源供应的高效性和稳定性愈发重要。本文将深入解析一款基于L6563H、L6599A和SRK2000A的19V、90W谐振转换器，探讨其设计特点、性能表现以及关键技术。

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一、设计概述

这款90W演示板（EVL90WADP - LLCSR）专为高端便携式计算机电源供应而设计，具有极高的效率，符合ENERGY STAR®资格标准（EPA rev. 2.0 EPS）。其中，SRK2000A同步整流驱动器在降低二次侧损耗方面发挥了关键作用，使得二次侧散热片可大幅减小甚至去除。

二、主要特性与电路架构

1. 电源特性

• 输入范围：通用输入市电范围为90 - 264 Vac，频率45 - 65 Hz。
• 输出参数：输出电压为19V，连续工作电流4.75A。
• 谐波与能效：市电谐波符合EN61000 - 3 - 2 class - D或JEITA - MITI class - D标准；标称负载下效率在115 Vac时大于92%；待机市电消耗在230 Vac时小于0.26W。
• 电磁兼容性：EMI符合EN55022 - class - B标准，安全性符合EN60950标准。
• 物理规格：尺寸为65 x 155 mm，最大元件高度25 mm，采用双面70 µm、FR - 4材质的PCB，混合PTH/SMT工艺。

2. 电路结构

电路由前端PFC（使用L6563H）和基于L6599A的LLC谐振转换器两部分组成，SRK2000A控制二次侧同步整流。PFC阶段作为预调节器，为谐振阶段提供400V恒定电压，下游转换器仅在PFC开启并调节时工作，优化了谐振阶段的输入电压范围。

三、关键技术解析

1. 启动顺序

PFC作为主控制器，谐振阶段只有在PFC输出达到标称电压时才能工作。启动时，PFC先启动，下游转换器随后开启。L6563H最初由集成高压启动电路供电，PFC开始开关后，连接到PFC电感的电荷泵为PFC和谐振控制器供电。两个阶段激活后，控制器也由谐振变压器的辅助绕组供电，确保待机时的正确供电电压。

2. 欠压保护

通过L6563H的RUN引脚（引脚12）连接到VFF引脚（引脚5）获取市电电压峰值信息，内部比较器在市电电压正常时启用IC操作。启动时，输入电压低于90 Vac（典型值）时，电路操作被抑制。L6599A的LINE引脚（引脚7）也有类似保护，防止谐振转换器在输入电压过低时工作，避免电容模式操作。

3. 快速电压前馈

L6563H的VFF引脚（引脚5）电压是MULT引脚（引脚3）电压的峰值，连接的RC网络完成峰值保持电路。为解决时间常数设置问题，L6563H实现了快速电压前馈功能，当VFF引脚电压降至设定阈值时，内部开关通过10kΩ电阻快速放电，可设置长时常数的RC电路，保证低THD和对市电骤降的快速响应。

4. 谐振功率级

下游转换器采用ST的L6599A，以50%固定占空比和可变频率控制谐振转换器。变压器采用集成磁路方法，包含谐振串联电感，无需额外外部线圈。二次侧输出整流由SRK2000A控制，输出端添加了小LC滤波器过滤高频纹波，还实现了输出电压“快速放电”电路。

5. 输出电压反馈回路

反馈回路通过典型电路使用TL431调制光耦二极管电流实现。初级侧R34连接RFMIN引脚（引脚4）到光耦光电晶体管，设置最大开关频率约130 kHz，R31设置最小开关频率，R - C串联（R44和C18）设置软启动最大频率和持续时间。

6. 过载与短路保护

L6599A通过无损电路R41、C27、D11、D10、R39和C25检测初级绕组电流并反馈到ISEN引脚（引脚6）。过流时，引脚电压超过内部阈值触发保护序列，通过DELAY引脚（引脚2）的电容和电阻控制软启动和重启。

7. 过压与开环保护

PFC和谐振电路阶段都有过压保护。PFC控制器L6563H通过电阻分压器监测输出电压，异常时停止开关并在电压恢复正常时重启。若INV引脚电压低于1.66V（典型值），则锁定L6563H和L6599A操作，需重启市电恢复。L6599A的DIS引脚用于保护谐振阶段免受过压影响。

8. 二次侧同步整流

SRK2000A的核心功能是在变压器半绕组导通时开启同步整流MOSFET，电流接近零时关闭。IC通过DVS1和DVS2引脚检测MOSFET漏极电压。

9. 待机节能

电路板实现了突发模式功能，轻载时节能。L6599A的STBY引脚（引脚5）感应光耦集电极电压，与内部参考（1.24V）比较，低于参考值时进入空闲状态，超过参考值50mV时重启开关。L6563H也有突发模式功能，PFC的突发模式操作部分由谐振转换器强制，避免负载突变时母线电压大幅下降。

四、性能测试

1. 效率测量

在标称市电电压下，115 Vac时平均效率为91.27%，230 Vac时为92.22%，远高于EPA rev 2.0外部电源限制的87%。无负载时，最大无负载消耗仅260 mW，低于ENERGY STAR®计划的500 mW限制。与二极管整流相比，同步整流效率显著提高。轻载时效率也表现出色，1W负载下效率仍高于68%。

2. 谐波含量测量

电路板在欧洲标准EN61000 - 3 - 2 class - D和日本标准JEITA - MITI Class - D测试中，谐波含量远低于规定限制，PFC功能正常。

3. 功能检查

谐振阶段在稳态运行时，开关频率约100 kHz，工作在谐振频率之上，实现零电压开关（ZVS）操作。启动、待机、无负载、负载转换和短路等情况下，电路表现稳定，输出电压和电流正常。

4. 热成像

通过红外相机进行热成像测试，在标称输入电压下，二次侧同步整流MOSFET即使无散热片，工作温度也低于60°C，设计可靠性高。

5. 传导发射预合规测试

在全负载和标称市电电压下，传导噪声测量值远低于EN55022 class - B标准限制。

五、物料清单与元件规格

1. 物料清单

详细列出了EVL90WADP - LLCSR演示板的所有元件，包括电容、电阻、二极管、MOSFET、电感、变压器等，以及它们的型号、供应商和封装。

2. PFC线圈规格

PFC线圈适用于消费和家电应用，采用开放变压器类型，垂直线圈架，最大温升45°C，最大工作环境温度60°C。电气特性包括升压、过渡模式拓扑，PQ26/20 - PC44或等效铁芯，最小工作频率40 kHz，典型工作频率120 kHz，初级电感520 µH ± 10%。

3. 变压器规格

变压器适用于消费和家电应用，采用开放变压器类型，水平线圈架，最大温升45°C，最大工作环境温度60°C，市电绝缘符合EN60950标准。电气特性包括半桥、谐振拓扑，ETD34 - PC44或等效铁芯，最小工作频率60 kHz，典型工作频率100 kHz，初级电感1200 µH ± 10%，漏电感200 µH ± 10%。

六、总结

这款19V、90W谐振转换器在设计上充分考虑了高效性、稳定性和可靠性，通过采用先进的控制芯片和同步整流技术，实现了高转换效率、低谐波含量和良好的电磁兼容性。在实际应用中，其性能表现出色，能够满足高端便携式计算机等设备的电源需求。电子工程师在设计类似电源时，可以借鉴其设计思路和关键技术，以提高产品的性能和竞争力。你在设计电源时，是否也遇到过类似的挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和想法。