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PLC810PG及其在液晶电视和LED路灯电源中的应用

来源:华强电子网 作者:华仔 浏览:515

标签:

摘要: PLC810PG是P1公司推出的一种将连续电流模式功率因数校正控制器、半桥电感一电感一电容谐振控制器及高压(800V)半桥驱动器集成在同一芯片上的新型IC。PLC810PG适用于150——600W的32~60英寸液晶电视电源、PC主电源和工作站电源及LED路灯电源。大屏幕LCDTV和LED路灯对电源的基本要求大尺寸LCDTV和取代高压钠灯等传统光源的LED路灯,工作功率都远高于75W,因此其离线开

PLC810PG是P1公司推出的一种将连续电流模式功率因数校正控制器、半桥电感一电感一电容谐振控制器及高压(800V)半桥驱动器集成在同一芯片上的新型IC。PLC810PG适用于150——600W的32~60英寸液晶电视电源、PC主电源和工作站电源及LED路灯电源。

大屏幕LCDTV和LED路灯对电源的基本要求

大尺寸LCDTV和取代高压钠灯等传统光源的LED路灯,工作功率都远高于75W,因此其离线开关型电源,必须符合IEC61000-3-2输入电流谐振限制标准规定。同时,还要求满足一些规范关于功率因数的规定。例如2008年10月1日生效的"能源之星"1.0版规范要求固态照明(SSL)装置在商业应用时,功率因数≥0.9,这就要求电源采取功率因数校正(PFC)或谐波减小措施。

对于不足150W的SMPS,例如32英寸LCDTV电源,可以采用单开关准谐振(QR)或固定PWM反激式拓扑结构。

液晶电视反激式SMPS电路简图

上图所示为典型32"液晶电视反激式SMPS电路简图。对于40"以上的高清LCDTV电源,功率超过200W。在此情况下,反激式电路拓扑不再适用,而应采用支持更大功率的拓扑结构,LLC谐振结构就是其中可供选择的一种。下图示出的是LLC半桥功率级简图。

LLC半桥功率级简图

半桥输出驱动变压器Tl。谐振电感器LR、T1初级LM和谐振电容CR,组成LLC谐振电路。在实际应用中,通常将LR合并到LM中,这样就形成了LC谐振电路,但仍然称其为LLC谐振电路。

PFC/LLC控制器PLC810PG

1.封装及引脚功能PLC810PG采用24引脚窄体塑料无铅封装,引脚配置如下图所示。

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下表列示了PLC810PG各引脚功能

引脚名称功能
1VCOMPPFC反馈环路元件连接点,该脚上0.5——2.5的线性电压用作PFC乘法器的一个输入
2GND所有模拟小信号的回复端
3ISPPFC电流感测端,同时执行逐周电流限制
4VREFLLC反馈电路3.3V的参考
5RSVD1连接到VREF
17RSVD2
连接到GND脚
18RSVD3
6GATEPPFCMOSFET栅极驱动器输出
12GATEHLLCMOSFET高端栅极驱动器输出
10GATELLLCMOSFET低端栅极驱动器输出
7VCCIC内小信号模拟电路电源,该脚启动门限是9.1V,欠压关闭门限是8.1V
8.19GNDPPFC栅极驱动信号地回复,在PCB上直接连接到GND
9GNDLLLC低端栅极驱动地回复,连接半桥低端MOSFET源极
11.15.24NC不连接端
13VCCHBLLC高端驱动器悬浮电源,以引脚HB为参考
14HB半桥中间点输出端,LLC高端驱动器回复
16VCCLLLC低端驱动器电源
20FBLLLC反馈端
21FMAXLLC最高频率设置电阻连接端
22ISLLLC电流感测端
23FBPPFC输出电压反馈端

2.功能与工作原理PLC810PG的功能框图如下图所示。PLC810PG芯片电路主要含有三个部分。

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(1)电源PLC810PG中的模拟电路

通过引脚VCC加电。VCC引脚导通门限电压是9.1V,欠压关闭门限是8.1V。半桥LLC谐振转换器控制器(以下简称LLC)低端(即下面)驱动器由引脚VCCL供电,LLC高端(即上面)驱动器通过引脚VC-CHB供电。lC还内置一个3.3V的线性稳压器,为LLC提供电压参考。

(2)PFC控制器:PLC810PG的PFC控制器支持连续模式升压变换器电路拓扑,不需要感测AC输入电压作参考。PFC控制器主要由可变增益放大器和低通滤波器.运算跨导运算放大器、PWM控制电路和过电压与过电流保护电路及PFCMOSFET驱动器组成。PFC控制器有两个输入引脚,即ISP与FBP。电流传感信号从IC引脚ISP输入,履行PFC控制和逐周电流限制,为PFCMOSFET提供电流保护。在引脚ISP上的电压在几个开关周期内被内部DVGA/LPF平均,作为乘法器的一个输入。PFC升压变换器输出输出DC升压电压(385V)被感测后输入到得FBP反馈引脚,执行PFC输出电压调节和故障保护。引脚FBP内部参考VFBPREF=2.2V。如果引脚FBP上的电压VFBP>VOVH=23V,则履行过电压保护,立即关断在引脚GATEP上的驱动输出。当PFC输出电压不足时,只要VFBPVN(H)=0.57V时,驱动器将产生输出信号。如果VFBP

PFC控制器控制一个升压变换器,其作用是在AC输入电压端产生正弦波AC电流,线路功率因数几乎达到1,满足IEC61000-3-2等规范要求。

(3)LLC控制器:PLC810PG中的LLC控制器支持半桥LLC谐振DC/DC转换器拓扑结构。

LLC工作频率一般选择在100kHz。LLC最高开关频率由连接在IC引脚FMAX与VREF之间的电阻设定,最高开关频率可为200——300kHz。最高频率设定电阻也设置半桥高端与低端两路驱动信号之间的死区(非交迭)时间,以防止外部两个MOSFET同时导通。引脚FBL提供DC输出电压反馈和调节。灌入引脚FBL的电流与开关频率成正比,流入引脚FBL的电流越大,LLC开关频率也就越高。当LLC频率达到或超过设定的最高频率时,PLC810PG将关闭在引脚GATEH和GATEL上的驱动信号。

连接在变压器初级绕组下端和半桥低端功率MOSFET源极之间的电阻,用来传感变压器初级电流,并将电流感测信号输入到PLG810PG的ISL引脚。如果有一个快速过电流使引脚ISL上的电压超过门限VISL(F)=1.4V,将使LLC立即关闭。

如果有一个慢速过电流使引脚ISL上的电压超过VISL(S)=0.5V,经8个连续时钟周期之后,再关闭LLC,从而实现两电平过电流保护。

3.主要特点PLC810PG的主要特点如下:(1)PLC810PG高度集成了PFC控制器、半桥LLC谐振控制器和高压MOSFET驱动器,大大减少了在应用外部元件的数量,从而降低了系统成本,并减小了元件在PCB上的占位面积。(2)PFC与LLC级的频率与相位同步化,减少了噪声和EMI,同时减小了在PFC输出电容中的纹波电流。(3)PLC810PG的PFC控制器除接地端外仅有4个引脚(ISP、FBP、VCOMP和GATEP),不需要AC电压传感。PFC控制器支持AC通用输入,工作在连续电流模式(CCM),提供高效率,使外部元件数量最少化。(4)PLC810PG的DC/DC半桥LLC控制器驱动LLC谐振电路拓扑。这种变化频率LLC控制器通过半桥中功率MOSFET在零电压上开关(ZVS),提供高效率。(5)提供过电压、电压过低和过电流保护以及LLC软启动。

45

4.典型电路应用采用PLC810PG的电源基本电路如上图所示。其中,BR1为桥式整流器,PFC控制器与电感L1、升压二极管D1、PFC开关MOSFET(Q1)和电容C1等,组成PFC升压变换器;Q2、Q3、C6和T1等组成半桥LLC谐振转换器。RSP是PFC电流传感电阻,RSL是LLC电流传感电阻,R6设定LLC最高开关频率,C5是LLC软启动电容。电源AC输入为90——265V,输出功率范围为150~600W。

采用控制器PLC810PG的40英寸LCDTV电源

采用控制器PLC810PG的40英寸LCDTV电源电路

采用控制器PLC810PG的40英寸LCDTV电源电路如上图所示。

1.主要技术指标

40英寸LCDTV电源主要参数如下表所示。

40英寸LCDTV电源主要参数

2.电路工作原理(1)输入滤波器/PFC升压功率级:40英寸LCDTV电源输入电路和PFC升压变换器功率级如图(a)所示。

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1)输入EMI滤波器

在AC输入与桥式整流器BR1之间,电容C1、C5、C3、C4、C2、C6和共模电感器L1、L2,组成电磁干扰(EMI)滤波器。Cl、C5用于控制30MHz以上的共模噪声。L1、L2控制低频和中间频带(约10MHz)上的EMI,C2、C6控制中间频带(约10MHz)中的谐波峰值。R1、R2和R3在AC电源断开时,为电源放电提供通路。C3、C4提供差模EMI谐波。

2)输入保护

F1是保险丝,RV1是过压保护元件,RT1是NTC热敏电阻。在电路启动时,RT1限制浪涌电流。在进入正常操作时,继电器RL1得电吸合,将RT1短路,从而使系统效率约增加1%。

3)PFC升压变换器功率级

输入小电容C7、输出电容C9、电感器L4、升压二极管D2和PFC开关Q2(MOSFET)等,组成PFC升压变换器。R6/R8是PFC电流感测电阻,R6和R8被二极管D3和D4的电压降(约2*0.7V)钳位。Q1、Q3和R4、R9等组成缓冲级。并联在D2两端的R5和C8用作阻尼D2的反向恢复振铃。VB+是PFC升压变换器的输入。二极管D14、D15为电压过低电路提供单独的全波整流信号。在系统启动时,通过二级管D1为PFC输出电容C9充电,从而使浪涌电流不通过L4,不会引起L4饱和。

(2)PFC电路控制输入和半桥LLC谐振变换器PFC电路控制输入和半桥LLC谐振变换器电路如图(b)所示。

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1)PFC电路控制输入

PFC升压级输出电压VB+,经电阻R39——41、R43、R46和R50并经C25滤波,反馈到PLC810PG(U6)的电压感测引脚FBP,以履行PFC输出电压调节和过电压及电压过低保户,在R6/R8上的PFC电流传感信号经R45和C24滤波,输入到U6和ISP引脚,以执行PFC算法控制和过电流保护。U6引脚VCOMP外部的R48、C26和C28是频率补偿元件。U6引脚GATEP,为PFC开关Q2提供驱动信号。

2)PLC810PG电源与地隔离

偏景电源VCC(15V)经R36和R37分别加至U6的VCC和VCCL引脚,将模拟和数字电源分开。C25、C32和C31分别为U6引脚VCC和VCCL提供退耦和旁路。U6的半桥高端驱动器由自举二极管D8、电容C27和电阻R42供电。R55和铁氧体磁珠L7,在PFC与LLC地之间提供隔离,磁珠L6在LLC级高端MOS-FET(Q10)驱动回复与控制器IC之间提供高频隔离。

3)LLC谐振变换器LLC输入级U6经R56和R58直接驱动半桥高/低端MOSFET(Q10和Q11)。C39是变压器T2初级谐振电容,R59提供初级电流传感。

LLC输出T2次级经D9、Dl0和C37、C38、C53整流滤波,产生24V和12V输出。24V输出是LCDTV背光照明电源,12V输出为音频系统供电。

5V逻辑输出Q12(MOSFET)用于将5V的待机(或备用)电源输出转换为5V的逻辑输出。高频信号从12V输出整流器D,IOB阳极引出,经R60、R61、D11和C43来使Q12导通,C44为5V的逻辑输出提供滤波。

LLC控制电路R64、R66和R68、U8、U7、R54、D16、C36、R53等,组成24V和12V输出的电压反馈电路,将反馈信号输入到U6的FBL引脚,来履行输出电压调节。连接在U6引脚FMAX与VREF之间的R52,设置LLC最高开关频率。流入引脚FBL的电流越大,LLC开关频率也就越高。R49、R51和R53设置LLC级的下限频率。C27是LLC级的软启动电容,软启动时间由C27、R49和R51共同设定。

齐纳二极管VR6、VR7和二极管D12、D13感测24V和12V输出上的过电压。当出现过电压时,VR6、VR7击穿,使Q14、Q15、Q13导通,关断偏置和U6。

(3)5V待机和偏置电源

5V待机和偏置电源电路如图6(c)所示。

1)5V反激式电源

单端反激式电源利用U4(TNY275PN)作控制器,提供5V的输出和初级偏置。并联在变压器T1初级绕组上的VR1、R10、C12和D5,用作钳位初级泄漏尖峰。R11将待机(备用)电源导通门限设定在80VAC。RV5、U2、R27和R33在开环故障期间提供过电压关闭保护。U3、R13、R17、R18、C19等,是T1次级输出感测和反馈元件。

2)初级偏置稳压器和远程启动

Q4、Q5、08、VR2、U1、C17、R14、R16、R20和SW1组成偏置稳压器,并提供遥控开关功能。Q4、R14、VR2组成简易射级跟随电压稳定器,并通过U1开关。当光电耦合器U1关断时,C17通过Q5和R20放电。U1利用Q8和SW1、R34、R36接通和关断。

3)电压过低关闭电路

R28、R29、R30、R24、C21、VR4和Q7用于感测AC输入电压。当AC输入电压正常时,VR4击穿,Q7导通,C22放电。C22通过R15充电。U6引脚GATEL上的驱动信号经R35、R32使Q9导通。在Q9导通时,C22放电。当输入电压过低时,Q7和Q9均关断,允许C22充电。当C22上的电压使VR3击穿时,Q6导通,经过Q5、Q4关断偏置电源VCC,从而使PFC和LLC级电路关闭。

3.磁性元件的选择

(1)PFC升压电感器L4L4使用外径是34mm、内径是19mm、高12mm的铁氧体磁环,用中1mm的绝缘磁导线绕96匝,电感值为560μH。

(2)LLC变压器T2T2采用EX4841磁芯和14引脚配套骨架。初级绕组(引脚5到引脚6)用70股(每股线径是O.lmm)绞合线绕37匝,电感值是350μH,漏感是100UH。T2次级共有4个分绕组[见图6(b)],每个绕组用2*(100*φ0.10mm)绞合线绕2匝。

(3)5V待机与偏置变压器T1

T1采用EE25磁芯和10引脚骨架。T2初级使用中0.16mm绝缘磁导线,从引脚3到引脚2绕63匝,再从引脚2到引脚1绕52匝。初级电感值为4.41mH,漏感是45μH。

T1次级使用2*中0.5mm的绞合线,从引脚9和10开始,绕7匝,到引脚6和7结束。

T1偏置绕组使用2*中0.16mm的绞合线,从引脚4开始,绕19匝,到引脚5结束。

型号 厂商 价格
EPCOS 爱普科斯 /
STM32F103RCT6 ST ¥461.23
STM32F103C8T6 ST ¥84
STM32F103VET6 ST ¥426.57
STM32F103RET6 ST ¥780.82
STM8S003F3P6 ST ¥10.62
STM32F103VCT6 ST ¥275.84
STM32F103CBT6 ST ¥130.66
STM32F030C8T6 ST ¥18.11
N76E003AT20 NUVOTON ¥9.67