FA6A30为LLC电流谐振转换器的控制IC。LLC电流谐振转换器,具有减小变压器的励磁电感以及开关频率随负载变化的变化量。开关频率的变化量减小时,输出电压的精度提高。该IC内部框图如图1所示。
如果将该LLC电流谐振转换器用于多路输出转换器,则会提高基于其他输出负载变化的输出电压调整,即交叉调整。由于LlC电流谐振转换器由半桥电路驱动,因此,除下管驱动电路外,还需高侧浮地驱动电路。
图2所示为LLC电流谐振转换器的电路。上管和下管开关元件Q1和Q2以50%的等占空比交替打开和关闭。在该图中,Cr为谐振电容、Lr为谐振漏电感、T为变压器、Lm为变压器的励磁电感。Np为变压器初级绕组的绕组匝数,Ns为变压器次级绕组的绕组匝数。
通过开关频率调制(SFM)可对LLC电流谐振转换器进行控制。因此,IC配备可根据来自输出电压的反馈信号对开关频率进行控制的振荡器。
谐振频率根据FB引脚电压和设定软启动的CS引脚电压变化而变化。由FB引脚电压和CS引脚电压中更低者确定频率。振荡频率最高设定为350kHz,最低设定为38kHz。
软启动功能 启动前,CS 引脚电压和FB引脚电平保持在GND电位。刚启动时,输出电压不足,因此FB引脚电压立刻升高,而Cs引脚电容开始充电且电压由小逐渐增大,频率从高逐渐降低,即软启动。从低功耗待机模式切换至正常工作模式时也会执行软启动过程。
低功耗待机模式 通常,轻负载时LIC电流谐振转换器的效率将降低,空载时也会有好几瓦的损耗。因此,在待机工作模式下,为了节能,一般需要辅助电源,从而导致无法缩小电源尺寸。而本IC的STB引脚可将正常工作模式切换至低功耗待机模式,从而无需辅助电源来实现低待机功耗。切换至低功耗待机模式时,IC工作在突发模式下,且IC反复启动和停止开关,即CS引脚电容根据FB引脚电压进行充电/放电,并且根据CS引脚电压改变频率。因此,IC在突发模式下工作,并在启动/停止开关时,激活软启动和软关闭。
防直通功能 在电流谐振电路中,如果电流ID1和ID2变负且另一侧的MOSFET导通,则会发生直通进而导致上管和下管短路损坏开关管。通常情况下会限制最低频率以防止直通。然而,在输入电压和负载发生改变时,这并非最佳方法,因为同时会限制工作点的设定。
如图3所示,谐振电流经分流电容Crd进行分流,通过电阻Ris转换为电压Vis,并通过IS引脚进行检测。使用本IC时,将变压器的初级绕组和谐振电容连接起来后与低电压侧Q2并联。防直通功能具体分两种情况,分别为强行关断功能和死区时间自动调整功能。
1.强行关断功能
正常工作期间,MOSFET根据振荡器信号关断。然而,在下列两种情况下,由于可能发生直通,IC会强行关断MOSFET。一是VW引脚电压升至高于强行关断阈值VTHVWP (阈值电压在正常工作模式为VTHVWPN,低功耗待机模式为VTHVWPS)且检测到谐振电流Icr的IS引脚电压超过VTHISM时。
二是vw引脚电压降至低于强行关断阈值VTHVWM (阈值电压在正常工作模式为VTHVWMN,低功耗待机模式为VTHVWMS)且.IS引脚电压降至低于VTHISP时。
2.死区时间自调整功能
启动或突发启动期间,开关频率接近最高频率时,极有可能出现直通电流或硬切换。本IC配备死区时间自调整功能以防止发生此类问题。通过检测VW辅助绕组电压变化率dv/dt,该功能检测VS引脚电压的变化并接通上管或下管MOSFET。根据振荡器的OFF信号,关断MOSFET。
死区时间在IC内部自动设定,最短为430ns,最长为20uso启动电路和启动过程电源接通时,通过电流(从启动电路流经VH引脚提供给vCC引脚)给予vcC引脚连接的电容充电,然后VCC电压升高。VCC电压达到11.5V时,内部电路的偏置电压启动,且首先进行工作模式设定。使用本IC时,在工作模式设定期间,MODE引脚输出恒定电流,并根据与MODE引脚连接的电阻值设定各工作模式。在此期间,通过启动电路的ON/OFF控制将vCC引脚电压保持在11V~11.5V之间的范围内。
工作模式设定( 40ms )后,MODE引脚电压下降,并且在降至0.6V时,VCC引脚电压再次开始升高且MODE引脚电压限制在0.48V。VCC引脚电压达到开始工作电压13V时,CS引脚电压开始升高。CS引脚电压达到0.4V时,以软启动(频率从最高振荡频率350kHz逐渐降低)形式启动开关。
如果vcc辅助绕组提供的电压高于11V,则启动电路仅在启动时工作,且启动后由辅助绕组供电并使工作继续。
动态自供电(DSS)功能 在诸如过压和过载等保护状态导致控制器停止工作时,VCC引脚电压将会降至启动电路的启动阈值电压11V,此时,IC会通过DSS功能,将启动电路设置成ON/OFF状态,从而保持vCC引脚电压为11V至11.5V。由于IC在正常工作状态下仅由启动电路提供电流时无法工作,因此,必须由辅助绕组提供VCC电压。
工作模式设定功能 根据启动时MODE引脚和GND之间的电阻,修正低功耗待机模式下和带/不带PFC设定情况下的突发工作设定(高频模式或低频模式)。表1列出了工作模式设定的详情。如果启动时电阻断路,则IC在锁定模式下停止。
通过外部信号进行保护(锁定型) MODE引脚还具有保护功能,可通过外部信号停止输出开关脉冲。如果MODE引脚电压被外部信号降至阈值电压0.35V以下,且延迟时间达到304ms, 则IC停止工作。
过载保护 自动恢复型( FA6A30N):如果VW引脚电压超过其过载阈值,或FB引脚电压超过其过载阈值,且过载延迟时间达76.8ms,则强行停止输出开关脉冲。如果各引脚电压降至阈值以下且过载延迟时间达108ms或更长时间,将重置过载检测。
开关脉冲停止输出后,将切断辅助绕组电源且启动电路,vcC引脚电压保持在11V~11.5V范围内。开关脉冲停止输出810ms后,IC将重置并重复该启动时序(工作状态设定时序),状态设定操作需要40ms,因此,由于过载开关将停止850ms , 850ms后开关将恢复,此时,如果过载状态持续,则重复启动和停止操作;如果负载情况恢复正常,则IC恢复正常工作。
启动时的软启动(直至Cs引脚电压增至4V )期间,根据FB引脚电压,过载保护功能无效。过电流保护功能谐振电流通过旁路电容Crd分流,通过电阻Ris转换为电压Vis,并通过IS引脚进行检测。如果IS引脚电压超出过流阈值电压,则每个振荡周期都会断开MOSFET。如果IS引脚电压超过过流阈值达延迟时间,则强行停止开关。如果IS引脚电压降至阈值以下达过流检测重置时间76ms或更长时间,则将重置过流检测。可使用MODE引脚(具有内置CR振荡器和计时器)的电容和电阻,将过流的延迟时间设定在1ms~40ms范围内。
对于自动恢复型,开关停止后经过810ms后,IC将重置并重复该启动时序(工作状态设定时序),状态设定操作需要40ms。因此,由于过电流,开关将停止850mso达到过流重启时间后,重新启动开关。
对于锁定型,达到过电流延迟时间后,锁定保护执行。
过压保护(VCC引脚) 如果次级输出过压,则辅助绕组电压也会升高。vCC引脚具有检测该辅助绕组电压的功能,如果vCC引脚电压超出过压阈值28.5V达304ms ,则停止输出开关脉冲。
过压保护功能(VH引脚) 如果VH引脚峰值电压升至过压阈值525Vdc,则停止输出开关脉冲,且在VH引脚电压降至重新启动电压500Vdc时恢复输出开关脉冲。
欠压锁定功能 为防止由于VCC降低导致电路故障,集成了欠压锁定电路。VCC引脚电压从0V开始升高,电压达到启动工作电压(13V),则开始工作。VCC电压降低时,如果电压达到切断电压9V,则停止工作。
此外,也会检测VB引脚和VS引脚之间的电压(称为高侧vcc)。高侧vcC升至VBS开关启动电压8.8V时,开始工作,降至VBS开关停止电压7.5V时,停止工作。
内部防过热切断功能 如果IC温度升至136°C,则停止开关。温度降至120°C时,恢复开关。
交流电源中断时输入滤波器X电容的放电功能通过全波整流将VH引脚连接至交流线路滤波器的x电容,交流输入电源切断时,x电容可进行放电。该功能可消去用于X电容的放电电阻,从而降低待机功率。X电容的推荐大小为2mF或更低。
固定电平VH引脚Brown-In/Out功能集成了Brown-Out和Brown-In功能。交流线路电压降低时,Brown-Out功能使开关停止,且在交流线路电压升至规定电压前,Brown-In功能不允许进行开关。
通过该功能直接监视VH引脚电压。如果VH引脚电压降至Brown-out阈值90Vdc以下,则开关不会立即停止工作,而是在延迟时间107ms后停止。如果VH引脚电压超出Brown-In阈值93Vdc,则在延迟时间144ms后开关启通过Brown-Out功能停止输出引脚的输出脉冲时,通过启动电路, VCC电压保持在11V~11.5V范围内。
可调电平BO引脚Brown -In/Out功能AC整流后通过电阻分压,连接BO脚,可禁用固定电平VH引脚Brown-In/Out功能,并可通过BO引脚电阻的分压随意判定Brown-In/Out电压。如果BO引脚进入开路状态,正常的固定电平VH引脚Brown-In/Out功能有效,此时启动在工作模式设定期间,BO脚判断是否连接有电阻,并在VH和BO引脚之间切换Brown- In/Out功能。
VCC电压跌落保护功能输出短路等情况下,VCC电压降至9V或更低时,IC停止开关并通过内部启动电路保持vcc电压。停止810ms后,IC将重置并按照启动时序( 工作状态设定时序)重新启动,状态设定操作需要40ms,因此,过压开关停止时间为850ms。
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