開關電源維修手冊目錄引言一、二、三、LLC諧振變換器原理2LLC諧振腔之元件設計3L6598\L6599芯片資料......................................................................錯誤！未定義書簽。1、L6599芯片介紹...............................................................................................錯誤！未定義書簽。2、芯片與經典方框圖.............................................................................................................................53、PIN腳功效...........................................................................................................................................54、經典電源系統圖.................................................................................................................................65、振蕩器…………………76、工作在輕載或無載時…………………8四、L6599工作流程1、L6599供電回路……………………….82、L6599開啟………………………….93、L6599穩壓原理………………………104、L6599SCP保護及次級OCP保護………………11附：過流延時保護電路………………….12-12-201DQA內部專用資料開關電源維修手冊rev1.0引言伴隨開關電源發展，軟開關技術得到了廣泛發展和應用，已研究出了不少高效率電路拓撲，主要為諧振型軟開關拓撲和PWM型軟開關拓撲。近幾年來，伴隨半導體器件制造技術發展，開關管導通電阻，寄生電容和反向恢復時間越來越小了，這為諧振變換器發展提供了又一次機遇。對于諧振變換器來說，假如設計得當，能實現軟開關變換，從而使得開關電源具備較高效率。LLC諧振變換器實際上起源于不對稱半橋電路，后者用調寬型(PWM)控制，而LLC諧振是調頻型（PFM）。一、LLC諧振變換器原理圖一、LLC諧振原理圖圖二、LLC諧振波形圖-12-202DQA內部專用資料開關電源維修手冊rev1.0圖一和圖二分別給出了LLC諧振變換器電路圖和工作波形。圖一中包含兩個功率MOSFETS1和S2）（，其占空比都為0.5；諧振電容Cs，副邊匝數相等中心抽頭變壓器Tr，Tr漏感Ls，激磁電感Lm，Lm在某個時間段也是一個諧振電感，所以，在LLC諧振變換器中諧振元件主要由以上3個諧振元件組成，即諧振電容Cs，電感Ls和激磁電感Lm；半橋全波整流二極管D1和D2，輸出電容Cf。LLC變換器穩態工作原理以下：1）〔t1，t2〕當t=t1時，S2關斷，諧振電流給S1寄生電容放電，一直到S1上電壓為零，然后S1體內二級管導通。此階段D1導通，Lm上電壓被輸出電壓鉗位，所以，只有Ls和Cs參加諧振。2）〔t2，t3〕當t=t2時，S1在零電壓條件下導通，變壓器原邊承受正向電壓；D1繼續導通，S2及D2截止。此時Cs和Ls參加諧振，而Lm不參加諧振。3）〔t3，t4〕當t=t3時，S1依然導通，而D1與D2處于關斷狀態，Tr副邊與電路脫開，此時Lm，Ls和Cs一起參加諧振。實際電路中Lm>>Ls,所以，在這個階段能夠認為激磁電流友好振電流都保持不變。4）〔t4，t5〕當t=t4時，S1關斷，諧振電流給S2寄生電容放電，一直到S2上電壓為零，然后S2體內二級管導通。此階段D2導通，Lm上電壓被輸出電壓鉗位，所以，只有Ls和Cs參加諧振。5）〔t5，t6〕當t=t5時，S2在零電壓條件下導通，Tr原邊承受反向電壓；D2繼續導通，而S1和D1截止。此時僅Cs和Ls參加諧振，Lm上電壓被輸出電壓箝位，而不參加諧振。6）〔t6，t7〕當t=t6時，S2依然導通，而D1和D2處于關斷狀態，Tr副邊與電路脫開，此時Lm，Ls和Cs一起參加諧振。實際電路中Lm>>Ls，所以，在這個階段能夠認為激磁電流友好振電流都保持不變。經過上面詳細分析，對LLC軟開關型變換器工作原理及其特征有了一定了解，下面介紹怎樣設計諧振腔之元件，深入加深對它們認識。二、LLC諧振腔之元件設計諧振腔之元件包含功率開關管MOSFET，諧振電容器Cr，諧振電感Lr和隔離變壓器T1，通常情況諧振電感Lr是采取隔離變壓器T1漏感。1．匝比：n=Vinnor2VonorIo4nfmin(VcmaxnVonor)2．諧振電容器Cr：Cr=3．諧振電感Lr：Lr=124πfoCs2-12-203DQA內部專用資料開關電源維修手冊rev1.04．變壓器初級感量Lm：Lm=π2fofmin1Ls41Vinmin(2nVomax)5．最大諧振頻率fmax：fmax=fo1+LmLsV1inmax2nVomin26.初級電流有效值：Ip,RMS說明:2=4πIonVo+n2Lmfo2Vin-nor,Vin-min,Vin-max：輸入電壓額定值、最小值和最大值；Vo-nor,Vo-min,Vo-max：輸出電壓額定值、最小值和最大值；Io：輸出電流額定值；在普通條件下設計者給定開關頻率fo：輸出電流額定值；在普通條件下設計者給定開關頻率fmin：設計者給定最小開關頻率：振蕩電容Cs上最大允許電壓Vc-maxnCsLsLm：變壓器初級與次級變比：振蕩電容：振蕩電感：激磁電感：最大開關頻率fmaxIp,RMS：初級電流有效值三、L6598\L6599芯片資料1、L6599芯片介紹意法半導體(ST)日前推出一個專門為串聯諧振半橋拓撲設計雙終接控制器芯片L6598，該芯片支持保護全方面和高可靠性電源設計，尤其適適用于液晶電視和等離子電視電源、便攜電腦和游戲機高端適配器、80+initiative-兼容ATX電源和電信設備開關電源。L6599在上一代產品L6598基礎上新增多個功效，如直接連接功率因數校正器(PFC)專用輸出、兩級過流保護(OCP)、自鎖禁止輸入、輕負載突發模式操作和一個上電/斷電次序或欠壓保護輸入。新產品工作在50%互補性占空比下，插入一個固定死區時間，以確保軟開關操作。支持高頻開關(最高500kHz)，能效高，電磁干擾(EMI)輻射低。為了采取自舉方法驅動上橋臂開關，新產品整合了一個能夠承受600V以上電壓高壓浮動結構和一個同時驅動式高壓橫向雙擴散金屬氧化物半導體(LDMOS)器件，節-12-204DQA內部專用資料開關電源維修手冊rev1.0省了一個外部快速恢復自舉二極管。L6599為兩個柵驅動器提供一個輸出電流0.6A和輸入電流1.2A經典峰值電流處理能力，使設計人員能夠利用一個外部可編程振蕩器設定工作頻率。非線性軟開啟可預防涌流，最大程度抑制輸出電壓過沖。這個器件還有一個可控制突發模式操作，能夠大幅度降低在輕負載和無負載條件下平均開關頻率和相關損耗。利用這個諧振控制器，設計人員甚至能夠在功率校正系統內滿足節能要求。在突發模式操作期間，一個專用輸出使IC能夠關斷功率因數校正器(PFC)預穩壓器，以降低這部分電路無負載功耗。L6599其它主要特征包含低功耗(<30mW)、壓擺率最高50V/ns無閂鎖操作確保和一個“不自鎖”禁用輸入，高性能過流保護(OCP)功效提供全方面過負載和短路保護。新增一個自鎖禁用輸入讓過熱保護(OTP)和/或過壓保護(OVP)實現變得輕易。L6599有三個產品型號：L6599N采取PDIP16封裝，L6599D和L6599DTR采取SO16N封裝。新產品現已投產，訂購25,000件時產品單價為1.20美元。2、芯片與經典方框圖3、PIN腳功效N.O1名稱Css功效軟開啟。這個Pin與地之間接有一個電容，與RFmin之間接有一個電阻。調整芯片軟啟動最大振蕩頻率中固定時間。內部開關在每次芯片關閉時(Vcc<UVLO,LINE<1.25Vor>6V,DIS>2V,ISEN>1.5V,DELAY>2V)對電容放電，為下次開啟進行軟開啟準備。延遲保護時間設定。經過電容電阻并聯后到地。可調整芯片在過流保護時間與去掉故障重新恢復時間。當Isen檢測電壓超出0.8V，內部對電容進行150μA恒流充電，電容也經過電阻進行放電，日常維持在2V左右。當電壓超出3.5V，內部關閉對52DELAY-12-20DQA內部專用資料開關電源維修手冊rev1.0電容充電，同時芯片關閉振蕩，停頓開關工作，達成電路保護作用，當電容經過電阻放電至0.3V時，芯片重新工作。34CFRfmin定時電容。經過內部電流源進行充放電，確定工作開關頻率。最小振蕩頻率設定。提供一個2V基準電壓和一個接地電阻來設定最小振蕩頻率。連接電壓反饋回路中光耦器，還能夠依照輸出電壓大小調整振蕩頻率。光耦器必須由一個電阻連接，這個電壓確定最大工作頻率。與軟開啟端，接有R-C回路，用于開啟時振蕩頻率調整，達成軟件開啟功效，降低開啟浪涌電流。待機模式（脈沖工作模式設定）。經過回饋回來電壓與內部基準（1.25V）比較，當低于基準電壓時，進行待機模式，要恢復正常模式，需要高于基準50mV。能夠經過外接電阻、接插口來設定其進行待機模式時輸出電流值。電流檢測端。經過一個電阻或一個電容進行初級電流無損檢測。此功效不能進行單周期控制，所以需要將電壓信號轉化成平均電流信號。當電壓值超出0.8V（可能有50mV回差），Pin1軟開啟電容經過內部放電，則振蕩頻率會上升，所以限制了電源輸出功率。輸入限值檢驗。經過電阻分壓結構接到AC或DC高壓端，電容是用來旁路噪聲干擾。當電壓低于1.25V時，關閉（不鎖定）IC，對軟件開啟電容放電。重新恢復工作，電壓需要大于1.25V。內部比較器具備15μA遲滯作用。正常工作通常將此電壓設在1.25-6V之間。故障鎖死。內部連接一個比較器，當電壓超出1.85V時關閉IC，能耗降低到開啟前水平。不用能夠直接接地。PFC關閉控制端。正常時為開路，在待機時，有意關閉PFC控制器，降低芯片損耗（DIS>2V,ISEN>1.5V,LINE>6VandSTBY<1.25V.）。當DELAY電壓超出2V和后面開路引發電壓低于0.3V，也會開啟此功效。不使用能夠開路此引腳。接地端低端驅動輸出端。接半橋電路下管，與地之間具備拉0.3Amin，推0.8Amin驅動能力。電源供電端。主要供IC中信號回路和下管驅動。有時需要接一個電容(0.1μFtyp.)到地，以獲取潔凈電源電壓。高壓空腳。該引腳沒有內部連接，是用來隔離高壓引腳用。符合安規要求（PCB上爬電距離）高端驅動輸出公共端高端驅動輸出端。接半橋電路上管，與Pin14之間具備拉0.3Amin，推0.8Amin驅動能力。內部與Pin14之間有一個電阻確保電壓不浮動。高端驅動自舉電壓輸入端。Pin14腳用一個電容連接，與具備改進上、下管驅動特征，內部具備專利技術。5STBY6Isen7Line89DISPFC_STOP10111213141516GNDLVGVCCN.COUTHVGVBOOT4、經典電源系統圖分PFC、諧振半橋部分。-12-206DQA內部專用資料開關電源維修手冊rev1.05、振蕩器振蕩頻率由定時元件CF選擇值決定。Pin3連接一個精準2V基準電壓輸出2mA或更大電流源。以產生更高頻率。以上網絡，包函三部分：A、最小振蕩頻率:一個電阻RFmin連接Pin4與地之間，確定電路最小工作頻率。B、最大振蕩頻率:一個電阻RFmax連接Pin4與光耦（C-E極）之間，光耦調整經過電流，即調整振蕩頻率，達成輸出電壓調整目標。在光耦完全飽和情況下，RFmax確定最大工作頻率。C、軟開啟:一個RC串聯電路（Css+Rss），產生頻率移動，達成軟開啟功效。工作頻率最大值fmax發生在最大輸入電壓最小輸出負載，fmin發生在最小輸入電壓最大輸出負載。RFmin、RFmax選取，先要確定工作最大最小頻率。-12-207DQA內部專用資料開關電源維修手冊rev1.0振蕩器波形圖HB為半橋中間點電壓，在低邊MOSFET關閉時，HB快速上升，并經過自舉電容到Pin16，以提供高邊MOSFET開啟電壓。6、工作在輕載或無載時諧振半橋電路在工作于輕載時或全部負載變輕時，工作頻率會升為最大值。為使輸出電壓受控，需要連續一定工作脈沖，盡可能減小變壓器磁化電流，以降低待機功耗。為克服此問題，L6599工作于間歇狀態（觸發模式）。輸出一串極少開關周期后長時間使MOSFET關閉狀態，這么平均工作頻率很低，平均功耗就小。這個觸發模式利用了Pin5（STBY）：經過回饋回來電壓與內部基準（1.25V）比較，當低于基準電壓時，進行待機模式，要恢復正常模式，需要高于基準50mV。能夠經過外接電阻、接插口來設定其進行待機模式時輸出電流值。窄輸入電壓范圍寬輸入電壓范圍四、L6599工作流程詳細了解L6599各引腳功效及基本應用后，下面以JSK-4168-081原理圖介紹L6599工作流程。1、L6599供電回路-12-208DQA內部專用資料開關電源維修手冊rev1.0L6599供電回路5Vsb開關變壓器T2B繞組電壓經D15整流，Q9、ZD5穩壓后輸出Vcc1（14V左右），供給PFC芯片（FAN7530MXPin8）工作電壓，并經過Q7、ZD9穩壓后輸出Vcc2（12V左右）供給L6599Pin12工作電壓。OCP、OVP、ON/OFF信號經過光耦IC5控制Q9電壓是否輸出進而控制PFC、LLC電路是否工作來實現過壓保護、過流保護、開關機功效。2、L6599開啟Pin12加上Vcc電壓后，給Pin1(CSS)外接電容C13充電，此時C13可視為短路，R36與R32并聯，電阻降低，L6599振蕩頻率升高，電源功率下降，當C13充滿電時，此時C13可視為開路，振蕩頻率由R32決定，振蕩頻率降低，電源輸出正常，由此實現變頻軟開啟功效。同時，VDC經過R20、R21、R22串聯電阻及R30分壓輸入Pin7(Line)，R30上并聯電容用來旁路噪聲干擾。Pin7(Line)電壓低于1.25V關閉IC，高于1.25V低于6V時，IC正常工作，經過對VDC電壓檢測，實現欠壓保護功效。IC完成軟開啟后，內部振蕩器開始振蕩，在Pin15(HVG)與Pin11(LVG)輸出如圖所表示兩個占空比靠近50%脈沖，驅動MOS管開始工作。軟開啟電路-12-209DQA內部專用資料開關電源維修手冊rev1.0欠壓保護電路L6599輸出驅動波形3、L6599穩壓原理次級電壓經過取樣電阻加在光耦（IC6）內發光管上，并與ICS1基準電壓進行比較，ICS1穩壓值由上偏電阻RS9（或RS8）和下偏電阻RS10決定，穩壓值由此公式算得：Vo=[RS9/RS10+1]*2.5V當負載由滿載轉向空載時，引發輸出電壓上升，ICS1（TL431）R點電壓將上升，而R點電壓是穩定在2.5V，這將引發AK間流過電流增大，光耦（IC6）內發光管上經過電流增大，光耦（IC6）內光敏管上流過電流也增大，光耦（IC6）內光敏管相當于一個可變電阻，與R34、R33串聯起來接到Pin4(RFMIN)，此時光耦（IC6）內光敏管電阻變小，引發IC振蕩頻率升高，使輸出電壓下降，反之，當負載由空載轉向滿載時，輸出電壓降低，反饋到Pin4(RFMIN)引發IC振蕩頻率降低，調整輸出電壓升高，實現了穩壓目標。L6599穩壓回路電壓取樣電路-12-2010DQA內部專用資料開關電源維修手冊rev1.04、L6599SCP保護及次級OCP保護當T1次級短路時，引發輸出電壓降低，這一電壓改變經過光耦IC6反饋到L6599Pin4(RFMIN)，引發6599振蕩頻率降低，因為此時光耦（IC6）內光敏管電阻相當于開路，振蕩頻率大大偏離LLC諧振電路諧振點，C8上振蕩電壓急劇增大，經過C9、R28、R29，D6、D7全波整流輸入到Pin6(Isen)，當Isen>0.8V時，Pin2(Delay)對C14充電，C14也對R37放電，同時IC內部對Pin1(VSS)軟開啟電容放電，-12-2011DQA內部專用資料開關電源維修手冊rev1.0引發工作頻率上升（功率下降），Pin2(Delay)反饋電壓急速上升到3.5V，內部關閉對電容充電同時芯片關閉振蕩，停頓開關工作，延遲保護時間由Pin2(Delay)外接電阻R37（Rdelay）和外接電容C14（Cdelay）決定。Cdelay電容上從2V到3.5V時連續時間：TMP=10*CdelayCdelay上從3.5V放電到0.3V時間（從保護到重新工作時間）：TSTOP=Rdelay*Cdelay*ln(3.5/0.3)≈2.5Rdelay*CdelayC14經過R37放電到0.3V時，L6599會重新工作，因為Pin2(Delay)不停在3.5V和0.3V改變，IC在保護與正常工作間跳動，輸出也會一閃一閃，即間隔保護模式（在次級OCP一直沒有開啟情況下，才會出現這么情況，L6599SCP保護是不鎖定，只要其Pin2(Delay)放電到0.3V時又會重新工作）。當次級過流延時電路在L6599第一次檢測到過流時，過流保護運放（ICS3）輸出對CS27和CS33充電，同時經過RS30和RS31分壓后給CS28充電，因為L6599第一次檢測到過流時，Pin2(Delay)設定延時時間很短，電容CS27、CS33、CS28上沒有積累足夠能量，QS4不能導通，過流保護電路沒有開啟。在L6599Pin2(Delay)從3.5V經過R37放電到0.3V時，L6599重新工作，過流檢測電路再次對CS27、CS33、CS28充電，此時電容上已經積累足夠能量，QS4導通，QS3也導通，將光耦（IC5）內發光管拉到QS3CE結壓降與QS4上BE結壓降之和（PNP管CE結壓降大約為0.3V，NPN管BE結壓降大約0.7V），使發光管無電流流過，光耦（IC5）光敏管電阻相當于無窮大，Q9因無基極偏壓而無輸出，關閉L6599VCC電壓，使主電路關閉，達成自鎖保護目標。在測試時，有時會看到輸出一閃，然后再保護，因為次級OCP電路要在L6599SCP電路第二次動作后才實現保護，所以次級OCP電路在保護時間上要滯后于L6599SCP電路（大約相差40mS左右，由其外接延時電阻電容來決定詳細時間），精準過流點將由次級OCP電路來決定。附：過流延時保護電路一、問題產生過流保護是電源保護線路中最主要電路，通常在每個產品中都存在。它在整機發生過流故障時不但能夠及時保護電源板及主機板、功放板等，還能夠預防故障深入擴大化。但在現在LCD-TV中。開機時，存在電流沖擊，電流較大，開啟已后，電流恢復正常。所在LCD-TV開機時，較大沖擊電流會使過流保護電路誤動作，引發LCD-TV自動關機。V1：12V2.5A主機板：解碼、音頻功率放大、信號輸入處理、視頻放大輸出電源板V2：24V7.5A背光電源板：升壓供CCLF燈，產生背光。V3：5V1.0A控制MPU系統經典37寸LCD-TV電源供電系統方框圖V1：12V2.5A為供TV主板、功放板；V2：24V7.5A為供TV背光電源板；V3：5VSB1A為供TV控制MPU電源。-12-2012DQA內部專用資料開關電源維修手冊rev1.0進行加電，試驗各路沖擊電流：加AC電源：輸入220V50Hz，經典值以下V1沖擊電流：10.0A2mSV2沖擊電流：8.5A1mSV3沖擊電流：1.25A1mS問題關鍵在于V1在加AC電源時沖擊最大達10.0A2mS,比額定電流2.5A大了4倍。二、現有方案2．1、直接加大過流值，即OCP值經過OCP保護電路參數調整，將V1過流點調到10A以上。理論上可行，但從電路可靠性講，長久工作后，一旦發生線途經流，線路不能及時保護，使故障進一步擴大，最終電源板、主板、背光板等都有可能損壞。所以在《GB/T14714：1993微小型計算機系統設備用開關電源通用技術條件》要求電路OCP值不得超出輸出額定電流200%。2．2、調整產品元件參數，加大電源板輸出功率是第一個方法延伸，目標使供電電源板具備長久最大穩定輸出功率。缺點是成本上升幅度大。三、處理方案利用延時電路將V1過流采樣控制時間移至沖擊電流時間（如2mS）以后，避開開啟時沖擊電流引起電路誤動作，而真正發生過流故障時，當連續時間長過一定時間（如2mS），線路能夠判定為線途經流故障，就能夠開啟OCP采樣控制電路進行電源OCP保護。這么利用脈沖時間差進行區分開機沖擊電流與故障過流，達成正確控制能力