基于L6668的高性能反激式轉換器參考設計

一、引言

在數字消費設備的電源設計中，高性能、低功耗的開關電源至關重要。本文將詳細介紹一款專為機頂盒和個人視頻錄像機（PVR）設計的40W開關模式電源（SMPS）參考設計。該設計基于新型控制器L6668，具有寬范圍輸入電壓、多輸出、高效率和低待機功耗等特點，非常適合為數字消費設備供電。

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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，能適應不同地區(qū)的電網環(huán)境。

輸出電壓

輸出功率平均為40W，峰值為51W。

待機功耗

在5V輸出且殘留負載為50mA時，待機功耗低于1W。

短路保護

所有輸出都具備短路保護功能，短路消除后可自動重啟。

PCB類型與尺寸

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

安全與EMI

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

三、電路描述

拓撲結構

采用經典的反激式拓撲，工作在連續(xù)和不連續(xù)導通模式，固定頻率為65kHz。這個頻率的選擇是在變壓器尺寸和開關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電容充電產生的浪涌電流。

MOSFET

采用標準且廉價的600V - 2Ω最大、TO - 220FP封裝的MOSFET，需要一個小散熱片。

變壓器

為層式變壓器，使用標準的鐵氧體EER28L類型。根據EN60065標準設計，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量，提供了最大的靈活性。啟動時，高壓電流源從直流母線汲取電流對電容C19充電，電路啟動后，控制器由變壓器通過二極管D5供電，高壓電流源停用，節(jié)省了正常運行和待機時的功耗。

控制系統(tǒng)

采用電流模式控制，初級電流通過R18和R19進行檢測，并輸入到引腳#12（Isen）。R5和R6連接到引腳#12，用于補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，為電流信號提供正確的斜率補償，確保環(huán)路穩(wěn)定。

過壓保護

連接到引腳#7（DIS）的電路在反饋網絡故障和開環(huán)運行時提供過壓保護。內部比較器檢測該引腳電壓，超過閾值時L6668停止工作并降低功耗。

開關頻率

開關頻率由連接到引腳#16（RCT）的RC電路編程，輕載時控制器可通過引腳#13（ST - BY）和電阻R15降低工作頻率。

輸出整流器

根據計算的最大反向電壓、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。另外兩個輸出整流器也是肖特基類型，但封裝較小。

輸出電壓調節(jié)

12V、5V和3.3V輸出通過次級反饋進行調節(jié)，1.8V輸出通過變壓器耦合實現(xiàn)調節(jié)。反饋網絡使用TS2431驅動光耦合器SFH617A - 4，確保初級和次級之間的絕緣。

四、交叉調節(jié)和待機

輸出電壓測量

在不同輸入電壓和負載條件下，對輸出電壓進行了測量。結果表明，所有輸出電壓都在規(guī)格要求的公差范圍內，效率也很高。例如，在滿載時，115Vac輸入下效率為78.6%，230Vac輸入下效率為80.6%。

待機模式

在待機模式下，電路工作在突發(fā)模式，減少了開關周期數，降低了與頻率相關的損耗，提高了效率。L6668通過監(jiān)測引腳#10（Comp）的電壓自動進入突發(fā)模式。在待機負載下，輸入功率消耗在兩個標稱輸入電壓范圍內均低于800mW，265Vac時低于900mW。

五、功能檢查

滿載啟動行為

在最小和最大輸入市電電壓下，輸出電壓的上升時間恒定，過沖可忽略不計。軟啟動時間可通過連接到L6668引腳#11的軟啟動電容進行編程。

喚醒時間

喚醒時間是指電源插入或市電開關閉合后，輸出達到標稱電壓所需的時間。該電源在115Vac和230Vac下的喚醒時間均為750毫秒，且不受輸入電壓影響。

關機

關機時過渡平穩(wěn)，輔助電壓和輸出電壓無異常行為。HV啟動電路控制關機順序，防止轉換器重啟和確保輸出電壓單調下降。

短路測試

電源具備短路保護功能，在輸出短路時，控制器進入打嗝模式，防止元件損壞。短路消除后可自動重啟。

過壓保護

添加了專門的低成本電路來檢測輔助電壓，為電源提供過壓保護，防止反饋電路故障導致輸出電壓過高。

六、總結

這款基于L6668的反激式轉換器參考設計具有高性能、高效率和低待機功耗等優(yōu)點，適用于機頂盒和PVR等數字消費設備。其在寬輸入電壓范圍內的穩(wěn)定性能、良好的交叉調節(jié)能力和全面的保護功能，為電源設計提供了一個可靠的解決方案。各位工程師在實際應用中，可根據具體需求對電路進行適當調整和優(yōu)化。你在電源設計中是否遇到過類似的挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享。