L6561 схема включения как работает

L6561 схема включения как работает

Повышающий драйвер для светодиодов из блока питания от принтера и МС L6561

Автор: Enemigo
Опубликовано 21.11.2018
Создано при помощи КотоРед.

Рассмотрим нестандартное приложение микросхемы корректора коэффициента мощности для создания повышающего преобразователя, который можно использовать, как источник постоянного тока при питании цепочки светодиодов. За основу взят блок питания от старого струйного принтера. Этот блок питания, согласно маркировки, обеспечивает два стабильных напряжения 32В и 24В с током 0,95А и 0,75А соответственно. Таким образом, линия 32В может обеспечить максимум 30Вт энергии. Построим повышающий преобразователь мощностью около 20Вт, т.е. мы собираемся запитать цепочку светодиодов током 0,3А при напряжении около 60В. Для этого используем микросхему L6561, которая предназначена для преобразования переменного сетевого напряжения в постоянное.

Микросхема L6561 использует вход CS для отслеживания тока через индуктор. В момент запуска на выходе GD появляется напряжение, близкое к напряжению питания, которое открывает транзистор. При превышении напряжения на токовом датчике некоторого порогового уровня транзисторный ключ закрывается и индуктор отдает запасенную в нем энергию в нагрузку. Согласно документации, пороговое значение на входе CS составляет 1,7В, что неприемлемо для нашего приложения с малым током в нагрузке. Но, пороговое напряжение способно изменяться в зависимости от двух факторов:

1. Напряжение на входе COMP

2. Напряжение на входе MULT.

Вход COMP управляет углом наклона прямой, связывающей вход MULT с порогом CS.

Воспользуемся этим. Установим на входе COMP минимальное допустимое напряжение 2.8В (если сделать меньше микросхема включает режим экономии), а на входе MULT 2,5В. Тогда пороговое напряжение на входе CS будет около 0,2В. Нужное напряжение на выходе COMP получить путем настройки соответствующей обратной связи встроенного усилителя, а на вход MULT подавать напряжение с входа INV, т.к. там как раз за счет обратной связи установится 2,5В.

Чтобы схема не взрывалась без нагрузки, заведем обратную связь на вход INV через диод.

Еще одна особенность микросхемы L6561 — это алгоритм запуска очередного цикла зарядки индуктора. Для этого используется вход ZCD, на котором должен произойти перепад напряжения: рост выше 2В и спад до уровня 1,6В запускает новый цикл. В стандартной схеме ККМ вывод ZCD подключен к выводу вторичной обмотки индуктора. Если сделать также, у нас получится повышающий преобразователь, работающий в переходном режиме с большими колебаниями тока от нуля до максимума. Мы же будем обеспечивать нужный перепад «вручную», используя внешний конденсатор и цепи его заряда-разряда для преобразования энергии в режиме непрерывного тока.

Напряжение питания микросхемы будем брать с понижающего источника, запитанного от 24В, который можно построить на базе чипа 7812.

Обозначим выходное напряжение Vout = 60В, входное напряжение Vin = 32В, выходной ток Iout = 0,3А, частоту преобразования f = 100кГц. Выберем индуктивность катушки L = 1мГ.

Вычислим коэффициент преобразования k = Vout/Vin = 60/32 = 0,533.

Вычислим амплитуду колебаний тока в индукторе DI = Vout / (2 f L) * k * (1 — k) = 0,025А.

Определим максимальный ток в индукторе Imax = Iout/k + DI = 0,587А.

Определим минимальный ток в индукторе Imin = Iout/k — DI = 0,538А.

Время отрытого ключа ton = 2*L*DI/Vin = 4,667мкс

Время закрытого ключа toff = 2*L*DI/(Vout-Vin) = 5,333мкс

Частота f = 1/(ton + toff) = 100кГц

Выходной ток Iout = (Imax + Imin)/(2*(1+ton/toff)) = 0,3А

Выбор элементов схемы следует начать с индуктора. Если индуктивность известна, следует выполнить расчеты из предыдущего раздела и далее выбирать остальные компоненты. Если индуктивность неизвестна, можно установить требуемый ток регулировкой резистора R1 и/или R3 при наладке схемы. В реализованной схеме использован дроссель от КЛЛ мощности 20Вт неизвестной индуктивности.

Обозначим максимальное напряжение на входе ZCD (согласно документации на схему) Vzcd_clamp = 5,7В, напряжение срабатывания (та же документация) Vzcd_trigger = 1,6В и вычислим коэффициент

c = ln(Vzcd_clamp/Vzcd_trigger) = 1.27.

Выберем C2 = 1нФ, а R1 вычислим по формуле R1 = toff/(c*C2) = 4,198кОм.

В реальности можно поставить, что-либо близкое к расчетному, например, 3,9кОм-4,3кОм, а затем установить требуемый ток на выходе с помощью R3.

Вспомогательные R9, C3 не ставятся вовсе или ставятся тех номиналов, как указано на схеме или близкие к ним (они обеспечивают более быстрый заряд конденсатора С2).

Резистор шунта R5 можно устанавливать от 0,33Ом и выше, но следует помнить, что при высоких номиналах шунта увеличивается их нагрев. Максимальное сопротивление 2,9Ом будет рассеивать мощность 1Вт. Если вас устраивает такой расклад, нет необходимости городить обратную связь на выходе COMP и его можно просто замкнуть на MULT. Пороговое напряжение будет около 1,7В.

Обратная связь по напряжению в таких схемах необходима. Иначе при включении без нагрузки или при выходе из строя диодов цепочки напряжение на выходе будет некотролируемо расти с нехорошими последствиями. Выход INV нами уже задействован в схеме обратной связи встроенного усислителя. Но, в микросхеме ограничение напряжения на выходе сделано хитрым образом. В усилителе имеется датчик входного тока. Разработчики схемы предположили, что в установившемся режиме на входе INV будет 2,5В и ток в этот вход не течет. Когда напряжение на выходе зашкаливает, ток начинает проникать в усилитель, где обнаруживается специальным датчиком. При токе 40мкА микросхема блокируется. Воспользуемся этим. Подадим часть напряжения со выхода устройства на вход INV через развязочный диод. Таким образом делитель напряжения следует расчитывать так: резистор R6 должен обеспечивать ток больше 40мкА. Соблюсти соотношение (R6+R7)/R7 = Vcr/2.8В. При номиналах, указанных на схеме ограничение дает Vcr = 80В на выходе. Здесь не учтена утечка через R3, левое плечо нужно в расчетах пристраивать параллельно R7. Сойдет и так: высокая точность ограничения напряжения здесь ни к чему

Диод D1 (Fast) и ключ Q1 должны быть с максимально допустимым напряжением пробоя выше 100В.

Конденсатор C1 служит для ограничения колебаний тока через диоды. Расчитан на напряжение 100В. Емкость нужна от 1мкФ, чем больше тем лучше. Нельзя подключать светодиоды ко входу устройства после его включения т.к. на конденсаторе присутствует повышенное напряжение. При высокой емкости заряда может хватить, чтобы вывести из строя светодиоды

При отключенном ключе движком R3 установить на входе COMP напряжение 2,8В или чуть ниже. Установить ключ. Проверить на выходе устройства наличие высокого напряжения. Разрядить конденсатор через лампу накаливания. Подключить лампу накаливания. Проверить выходой ток и напряжение. Мощность на выходе должна быть грубо близка к расчетной (не выше). Установить светодиоды. Движком R3 установить требуемый ток 0,3А. Точность поддержания тока во времени не высокая — ток слегка, но растет с нагревом светодиодов, поэтому не рекомендуется выставлять на выходе предельную величину тока по паспорту для светодиодов при наладке.

При наличии осцилографа установить расчетное ton движком R3, toff движком R1. Проконтролировать насыщение дросселя.

При желании можно организовать диммирование светодиодов за счет корректировки тока, протекающего через них. Для этого меняется напряжение на входе MULT от 0 до 2,5В, но в середине диапазона может наблюдаться неустойчивое свечение. Как вариант можно сделать трех режимный переключатель 100%/30%/0% яркости.

Контроллер ККМ (PFC) L6561

В одной из предыдущих статей мы рассмотрели общий принцип работы активных корректоров коэффициента мощности (ККМ или PFC). Однако ни одна схема корректора не заработает без контроллера, задача которого — правильно организовать управление полевым транзистором в общей схеме.

В качестве яркого примера универсального PFC-контроллера для реализации ККМ можно привести популярную микросхему L6561, которая выпускается в SO-8 и DIP-8 корпусах, и предназначается для построения сетевых блоков коррекции коэффициента мощности номиналом до 400 Вт (без применения дополнительного внешнего драйвера управления затвором).

Режим управления Boost-ШИМ, характерный для данного контроллера, позволяет добиться коэффициента мощности до 0,99 с искажениями тока в пределах 5% при первичном напряжении переменного тока от 85 до 265 вольт. Далее рассмотрим назначение выводов микросхемы и типовую схему ее применения.

Вывод№1 — INV – inverting input

Данный вывод является инвертирующим входом усилителя ошибки, задача которого — в режиме реального времени измерять постоянное напряжение на выходном конденсаторе преобразователя с тем, чтобы поддержать его постоянным и без превышения. Выходное напряжение измеряется с помощью резистивного делителя.

Пороговое напряжение срабатывания усилителя составляет здесь 2,5 вольта. Не важно, на какое выходное напряжение изготавливается преобразователь: 240, 350, 400 вольт, — если напряжение на нижнем плече резистивного делителя достигло пороговых 2,5 вольт, в этот момент работа внутреннего драйвера выходного каскада блокируется и дальнейшее повышение выходного напряжения предотвращается. Для срабатывания усилителя ошибки достаточно входного тока в пределах 250-400 мкА.

Вывод№2 — COMP – compensation network

Данный вывод является выходом компаратора усилителя ошибки, он предназначен для установки внешней цепи коррекции АЧХ усилителя. Цель, с которой сюда добавляют внешние компоненты, — защита от паразитного самовозбуждения усилителя при замкнутой петле обратной связи по напряжению. В теорию вдаваться не будем, просто отметим данный аспект.

Вывод№3 — MULT — multiplier

На этот вывод, через резистивный делитель, который установлен на входе сразу после выпрямителя и пленочного конденсатора, подается выпрямленное напряжение сети переменного тока, форма которого синусоидальна, а амплитуда его достигает 3,5 вольт, причем в каждый момент времени это напряжение пропорционально амплитуде выпрямленного напряжения, подаваемого на рабочий дроссель.

Таким образом, через данный вход к контроллеру поступает информация о текущей фазе синусоиды (точнее ее половины, полученной путем выпрямления диодным мостом) напряжения, подаваемого к преобразователю — это опорный синусоидальный сигнал для токовой петли.

Вывод№4 — CS – current sensor

К данному входу подается напряжение с токового шунта, который установлен в истоковой цепи полевого транзистора. Пороговое напряжение составляет здесь от 1,6 до 1,8 вольт, с этого момента ток в рамках периода больше не повышается, так как данный порог считается пределом для полевого транзистора. Этот вывод служит для защиты полевого транзистора от перегрузки по току путем регулировки ширины рабочего импульса (ШИМ), — как только предел тока достигнут, сразу прекращается текущий импульс управления транзистором, и драйвер разряжает затвор.

Вывод№5 — ZCD – zero current detector

На данный вывод подается напряжение с датчика нулевого тока, которое поступает от дополнительной обмотки дросселя, подключенной к микросхеме через резистор. Когда очередной цикл передачи энергии от дросселя к нагрузке завершен, ток дросселя падает до нуля, следовательно и напряжение на дополнительной обмотке будет нулевым. В этот момент компаратор детектора нуля дает команду на начало очередного цикла отпирания внешнего транзистора для отработки следующего периода накопления энергии дросселем, и так по кругу.

Вывод№6 — GND — Ground

Сюда подключается общий провод, шина заземления.

Вывод№7 — GD – Gate driver output

Выход двухтактного драйвера типа push-pull для управления внешним транзистором. Данный выходной каскад способен обеспечить пиковый ток управления затвором (заряд и разряд затвора) в 400 мА. Если такой величины тока мало, то можно прибегнуть к подключению внешнего, более мощного драйвера управления затвором.

Вывод№8 — Vcc – Supply voltage

Вход положительного питания относительно GND, рассчитан на диапазон от 11 до 18 вольт. Возможно питание прямо от дополнительной обмотки рабочего дросселя (от обмотки датчика нулевого тока), как и предлагается в даташите на микросхему. При питании напряжением 12 вольт, когда ключ работает на частоте в 70 кГц и при емкости затвора 1нФ, микросхема потребляет ток до 5,5 мА. В даташите приводится схема получения стабилизированного напряжения для питания микросхемы при помощи стабилитрона 1N5248B.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Построение импульсных источников питания для светодиодных светильников Часть 2

В настоящее время существует множество микросхем для управления ККМ, выпускаемых различными производителями. Среди них такие именитые фирмы как Texas Instruments, STMicroelectronics, Fairchild Semiconductor.
Компанией STMicroelectronics выпускается линейка микросхем для построения корректоров мощности: L6561, L6562 и L6563 (табл. 1). Эти микросхемы предназначены для реализации корректоров мощности, работающих в режиме TM для мощностей преобразования не более 300 Вт.

Таблица 1. Микросхемы корректоров коэффициента мощности

Наименование

Uпит., В

Ток включения, мкА

Iпотр. в активном режиме, мА

Iпотр. в ждущем режиме, мА

Выходной ток смещения, мкА

Время нарастания тока силового ключа, нс

Время спада тока силового ключа, нс

Отличительные особенности микросхем L6561/2/3:

На основе линейки микросхем L656x можно строить недорогие, эффективные реализации корректоров. Дополнительным плюсом является возможность построения интерфейса между DC/DC-преобразователем и ККМ. Реализация такой связки даёт возможность управления преобразователем (если он поддерживает такую возможность), например, при возникновении неблагоприятных внешних условий (перегрев, перенапряжение) можно отключить преобразователь. С другой стороны, преобразователь тоже может инициировать включение и выключение микросхемы. Встроенный драйвер позволяет управлять мощными MOSFET- или IGBT-транзисторами.

Рис. 6. Схема корректора мощности на микросхемах L656x.

Микросхемы L656x снабжены специальными цепями, понижающими проводимость искажений входного тока, возникающих при достижении входным напряжением нулевого значения. Основная причина этих помех — «мертвая зона», возникающая при работе диодного моста, когда все четыре диода оказываются закрытыми. Пара диодов, работающих на положительную полуволну, оказываются закрытыми из-за смены полярности питающего напряжения, а другая пара еще не успела открыться из-за собственной барьерной емкости. Этот эффект усиливается при наличии фильтрующего конденсатора, расположенного за диодным мостом, который, при смене полярности питания, сохраняет некоторое остаточное напряжение, не позволяющее диодам вовремя открываться. Таким образом, очевидно, что ток в эти моменты не протекает, его форма искажается. Применение новых контроллеров ККМ позволяет в значительной степени сократить время «мертвой зоны», уменьшая тем самым искажения. Микросхемы совместимы друг с другом по выводам.

Наряду c применением контроллеров серии L656x в качестве корректора мощности, благодаря высокому быстродействию и низкой потребляемой мощности микросхемы могут успешно использоваться для реализации конвертеров обратноходового типа. Пример реализации схемотехнического решения, расчета и применения такого преобразователя можно посмотреть здесь . В этом приложении описан принцип построения преобразователя на примере микросхемы L6561, приведено подробное описание этой микросхемы и три возможных реализации схемы обратноходового (Fly-back) преобразователя на микросхемах серии L656x. Схема наиболее интересного, на мой взгляд, варианта реализации вышеописанного преобразователя представлена на рис. 7. Она взята из приложения AN1060. Как видно из рисунка, схема мало чем отличается от подобных реализаций на «обычных» ШИМ — контроллерах, например, серии UC3842 или подобных. Отсутствует высоковольтная емкость входного выпрямителя, как и в случае классической схемы корректора мощности. Схема обратной связи собрана на микросхеме TSM101, которая имеет в составе источник опорного напряжения и два раздельных канала стабилизации, в рассматриваемой схеме задействованы оба канала для стабилизации напряжения и тока. Если ток на выходе преобразователя не превышает 2А, стабилизируется напряжение, если ток достигает 2А, преобразователь переходит в режим стабилизации тока. Выход микросхемы TSM101 через опторазвязку на 4N35 соединяется со входом усилителя рассогласования микросхемы L6561 (вывод 1), на элементах, включенных между входом и выходом ОУ (выводы 1 и 2) реализована цепь коррекции обратной связи. Делитель, соединенный с входом MUL (вывод 3) задает максимальное значение тока, проходящее через силовой ключ, по сути он задает величину падения напряжения на резисторе, соединенном с входом CS (вывод 4) при котором срабатывает компаратор, ограничивающий ток в первичной цепи. Таким образом, ток через силовой ключ пропорционален величине входного напряжения, задается синусоидальная форма потребляемого тока и совпадение по фазе напряжения и тока. Через резистор, включенный между питающей обмоткой и выводом 5 микросхемы, контроллер получает информацию о завершении очередного цикла передачи энергии из индуктивности в нагрузку; как только напряжение на этом выводе становится равным нулю, внутренний компаратор микросхемы дает команду на открытие ключа и начало очередного цикла накопления. Таким образом, на одной микросхеме реализуется два устройства: силовой преобразователь и корректор мощности. К сожалению плата за такое упрощение схемы — высокий уровень пульсаций на выходе устройства, и, как следствие, необходимость ставить на выходе конденсаторы относительно большей емкости, ведь бороться теперь приходится с пульсациями частотой 100 Герц, а не только с высокочастотными. Однако такая схема вполне имеет право на существование в приложениях, где уровень выходных пульсаций не имеет решающего значения, например, в источниках питания для светодиодных светильников.

Рис. 7. Схема обратноходового преобразователя на микросхемах L656x.

Микросхемы для построения подобных вариантов источников питания для светодиодных светильников предлагает и фирма Texas Instruments. Ей выпущены на рынок две микросхемы UCC28810 и UCC28811, которые позиционируются как контроллеры управления источником питания для систем светодиодного освещения. Схема включения этих микросхем представлена на рис.7. Микросхемы предназначены для реализации корректоров мощности, работающих в режиме TM для мощностей преобразования не более 250 Вт. Параметры микросхем представлены в табл. 2.

С низким стартовым током: корректоры коэффициента мощности от компании STM

На сегодняшний день существуют два подхода к построению источников питания, дающих на выходе стабильное выходное напряжение или ток — источники питания с параметрической и с импульсной стабилизацией.

В линейных источниках стабилизация выходного параметра осуществляется за счет нелинейного элемента. Импульсные — работают по принципу управления энергией в катушке индуктивности с помощью одного или нескольких коммутирующих ключей.

Преимущество первых — низкий уровень высокочастотных шумов, что важно для аналоговой аппаратуры. За импульсными источниками — более высокие мощности и лучшее соотношение мощности и размеров. Кроме того, они имеют более высокий КПД. Вопросы сложности или простоты схемотехники являются весьма спорными, т.к. современная промышленность предлагает широкий спектр решений, в том числе и однокристальных, для любых приложений.

Но для сети линейные и импульсные источники питания являются нелинейной нагрузкой — форма потребляемого тока будет отличаться от синусоидальной, что приведет к возникновению дополнительных гармоник, а следовательно — к появлению реактивной составляющей мощности, дополнительному нагреву и потерям в линиях электропередач. Кроме того, другим потребителям энергии приходится применять дополнительные меры для защиты от сетевых помех — особенно в случае импульсных блоков высокой мощности, работающих под нагрузкой. Ограничения на допустимые наводки в сети от работающего прибора регламентируются соответствующими международными и государственными стандартами. Можно не сомневается, что российские стандарты в этой области будут ужесточаться и приближаться к мировым. В итоге именно те компании, которые освоят техники снижения сетевых помех, получат значительное преимущество над конкурентами.

Для снижения влияния потребителя тока на сеть применяются активные или пассивные корректоры. Пассивные корректоры представляют собой дроссели, чаще всего применяемые в устройствах небольшой мощности и некритичные к габаритным размерам. В остальных случаях целесообразно применение активных высокочастотных корректоров, часто называемых корректорами коэффициента мощности (ККМ или PFC — Power Factor Correction). К основным задачам ККМ можно отнести:

• Придание потребляемому от сети току синусоидальной формы (снижение коэффициента гармоник);
• Ограничение выходной мощности;
• Защиту от короткого замыкания;
• Защиту от пониженного или повышенного напряжений.

Фактически, ККМ можно рассматривать как некий буферный каскад (схему), снижающий взаимное влияние питающей сети и источника питания.

Типовая структура корректора мощности представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Типовая схема корректора коэффициента мощности

ККМ может быть реализован не только на дискретных элементах, но и при помощи специализированных микросхем — контроллеров ККМ (PFC-корректоры). К основным производителям контроллеров корректоров коэффициента мощности относятся:

• STMicroelectronics- L4981, L656x;

• Texas Instruments- UCx854, UC28xx;

• International Rectifier — IR115x;

• ON Semiconductor- MC3x262, MC33368, NCP165x, NCP160x;

• Fairchild Semiconductor- FAN48xx, FAN69x, FAN7527;

• Linear Technology Corporation- LTC1248.

ККМ-контроллеры STMicroelectronics

Компания STMicroelectronics предлагает несколько серий производительных контроллеров ККМ, способных обеспечить различные режимы работы прибора. Дополнительные опции упрощают построение импульсных источников питания, учитывая стандарты энергосбережения и требования к уровню вносимых в питающую сеть искажений.

Таблица 1. Контроллеры корректора коэффициента мощности STMicroelectronics

Микросхема	Корпус	Режим работы	Напряжение питания, В	Ток потребления, мА активный/стартовый (низкопотребляющий)	Примечание
L4981	PDIP 20; SO-20	ССМ	19,5	12/0,3	Мягкий старт; защита от перенапряжения, перегрузки по току
L6561	DIP-8; SO-8	TM	11…18	4/0,05	Защита от перенапряжения
L6562A	DIP-8; SO-8	TM, Fixed-Off-Time	10,5…22,5	3,5/0,03	Защита от перенапряжения
L6562AT	SO-8	TM, Fixed-Off-Time	10,5…22,5	3,5/0,03	Защита от перенапряжения
L6563H	SO-16	TM, tracking boost	10,3…22,5	5/0,09	Высоковольтный старт; защита от перенапряжения, разрыва обратной связи, насыщения индуктора
L6563S	SO-14	TM, tracking boost	10,3…22,5	5/0,09	Высоковольтный старт; защита от перенапряжения, разрыва обратной связи, насыщения индуктора
L6564	SSOP 10	TM, tracking boost	10,3…22,5	5/0,09	Высоковольтный старт; защита от перенапряжения, разрыва обратной связи, насыщения индуктора

Микросхема контроллера корректора мощности L4981 позволяет построить высокоэффективные блоки питания с синусоидальным током потребления. Коэффициент мощности может достигать величины 0,99 при низком уровне гармоник. Сама микросхема реализована по технологии BCD 60II и работает по принципу контроля среднего тока (CCM), поддерживая синусоидальность потребляемого тока.

L4981 может быть использована в системах с питающими напряжениями 85…265 В без внешнего драйвера силового ключа. Серия «A» для ШИМ-контроллера использует фиксированную частоту; серия «B» для оптимизации входного фильтра дополнительно использует частотную модуляцию.

Также в состав микросхемы входят: прецизионный источник опорного напряжения, усилитель рассогласования, схема блокировки работы при критическом падении напряжения, датчик тока, схема мягкого старта и защита от перенапряжения и перегрузки по току. Уровень срабатывания защиты по току для L4981A задается при помощи внешнего резистора; для повышения точности в серии L4981B используется внешний делитель напряжения.

• Boost-ШИМ с коэффициентом мощности до 0,99;
• Искажение тока не более 5%;
• Универсальный вход;
• Мощный выходной каскад (биполярные и МОП-транзисторы);
• Защита от просадки напряжения с гистерезисом и программируемым порогом включения;
• Встроенный источник опорного напряжения с точностью 2% (доступен извне);
• Низкий ток запуска (

Серия L6561 является улучшенной версией PFC-контроллера L6560 (полностью с ним совместима). Основные новшества:

• Улучшенный аналоговый умножитель, позволяющий устройству работать в широком диапазоне входных напряжений (от 85 до 265В) с превосходными показателями коэффициента гармоник (THD);
• Стартовый ток уменьшен до нескольких миллиампер (

Ключевые возможности, воплощенные в смешанной технологии BCD:

Ультранизкий стартовый ток (

Выходной каскад способен управлять силовыми МОП- или IGBT-ключами с токами управления до 400 мА. Микросхема работает в переходном режиме работы корректоров коэффициента мощности — Transition Mode (TM) — промежуточный режим между непрерывным (CCM) и прерывистым (DCM). L6561 оптимизирована для балластных схем питания газоразрядных ламп, сетевых адаптеров, импульсных источников питания.

Контроллер ККМ L6562A/L6562AT также работает в переходном режиме (TM) и совместим повыводно с предшественниками L6561 и L6562. Его высоколинейный умножитель имеет специальную схему, уменьшающую рассогласование входного переменного тока, что позволяет оперировать в широком диапазоне входных напряжений с низким коэффициентом гармоник при различных нагрузках. Выходное напряжение контролируется операционным усилителем с высокоточным источником опорного напряжения (до 1% точности).

L6562A/L6562AT в режиме покоя имеет потребление порядка 60 мкА и рабочий ток всего 5 мА. Наличие входа управления включением/выключением облегчает создание конечных устройств, отвечающих требованиям стандартов Blue Angel, EnergyStar, Energy2000 и ряда других.

Эффективная двухуровневая система защиты от перенапряжения срабатывает даже в случае возникновения перегрузки в момент запуска корректора или же в случае отрыва нагрузки при работе.

Выходной каскад способен обеспечить выходной ток до 600 мА и входной до 800 мА, что является достаточным для управления мощными силовыми MOSFETs или IGBT-ключами. В дополнение к указанным выше возможностям L6562A может оперировать в проприетарном режиме фиксированного времени выключения (Fixed-Off-Time) — рисунок 2.

Рис. 2. Временные диаграммы работы ККМ-контроллера в режиме Fixed-Off-Time

Серии ККМ-контроллеров L6563, L6563S, L6563H, L6564 построены по схеме типового корректора коэффициента мощности, работающего в режиме TM с рядом дополнительных возможностей.

L6563, L6563S имеют режим работы Tracking boost, двунаправленный вход упреждения напряжения, вход разрешения работы, прецизионный источник опорного напряжения (точность при 25°С в пределах 1…1,5%). Кроме того, в микросхему интегрированы: схемы защиты от перенапряжения с настраиваемым порогом, разрыва контура обратной связи (выключение микросхемы), насыщения индуктора (выключение микросхемы); программируемый детектор критического падения переменного напряжения. Максимальный ток потребления L6563х составляет не более 6 мА в активном режиме, стартовый ток менее 100 мкА.

Микросхема контроллера корректора
коэффициента мощности L6562A

Сферы применения ККМ-контроллера включают в себя:

• Импульсные блоки питания, отвечающие требованиям стандартов IEC61000-3-2 (телевизоры, мониторы, компьютеры, игровые консоли);
• AC/DC-преобразователи/зарядные устройства с мощностью до 400 Вт;
• Электронный балласт;
• Входной уровень серверов и веб-серверов.

Ключевыми особенностями L6562A являются:

• Проприетарное решение умножителя;
• Настраиваемые уровни защиты от перенапряжения;
• Ультранизкий стартовый ток- 30мкА;
• Низкий ток покоя- 2,5мА;
• Мощный выходной каскад для управления силовыми ключами- -600,800мА.

Микросхемы выпускаются в компактных восьмивыводных корпусах DIP-8 и SO-8. Структурная схема L6562A показана на рисунке 3.

Рис. 3. Структурная схема ККМ-контроллера L6562A

Инверсный вход усилителя ошибки разделяет функции вывода разрешения работы микросхемы. При напряжении на нем ниже 0,2 В он выключает микросхему, тем самым понижая ее энергопотребление, а при превышении порога в 0,45 В микросхема переходит в активный режим. Основное назначение данной функции — управление ККМ-контроллером, например, он может управляться следующим за ним ШИМ-контроллером преобразователя напряжения. Дополнительной возможностью, предоставляемой функцией выключения, является автоматическое отключение в случае замыкания на землю напряжения низкоомного резистора выходного делителя или обрыва цепи делителя.

Выходной сигнал усилителя ошибки поступает на его инверсный вход через компенсирующие цепи обратной связи. Фактически, работа данных цепей определяет стабильность выходного напряжения, высокий коэффициент мощности и низкий уровень гармоник.

После выпрямителя основное питающее напряжение поступает на вход умножителя через делитель напряжения и служит источником опорного синусоидального сигнала для токовой петли.

Напряжение с измерительного резистора в цепи силового ключа поступает на вход компаратора ШИМ, где сравнивается с опорным синусоидальным сигналом для определения момента размыкания ключа. Для снижения влияния импульсных помех аппаратно реализована задержка в 200 нс от фронта импульса. По отрицательному фронту импульса размагничивания индуктора происходит замыкание силового ключа.

Примером схемы включения L6562A может служить повышающий источник напряжения на 400 В (рисунок 4).

Рис. 4. Принципиальная электрическая схема широкодиапазонного сетевого источника питания (оценочная плата EVL6562A-TM-80W)

Вторым примером может служить применение L6562A в составе источника питания для светодиодных светильников (рисунок 5).

Рис. 5. Структурная схема источника питания для светодиодных светильников (отладочная плата EVL6562A-LED)

L6562A имеет специализированную схему, снижающую влияние переходных процессов в районе нулевого переменного входного напряжения, когда диоды в выпрямительном мосту еще закрыты, и ток через мост равен нулю. Для борьбы с данным эффектом встроенная схема заставляет ККМ-контроллер перекачивать больше энергии в момент пересечения нуля сетевым напряжением (увеличивается промежуток времени нахождения силового ключа в открытом состоянии). В результате уменьшается промежуток времени, в течение которого потребление энергии (тока) схемой недостаточно, и полностью разряжается фильтрующий конденсатор, стоящий после моста. Низкое значение опорного напряжения позволяет использовать более низкоомный резистор для измерения тока в цепи силового ключа, соответственно снижается и рассеиваемая на нем мощность (меньше рассеиваемой мощности ® меньше нагрев ® ниже требования к системе охлаждения и вентиляции). Низкие входные токи динамической защиты от перенапряжения допускают применение высокоомного верхнего резистора в делителе напряжения цепи обратной связи по напряжению без увеличения влияния шума. В итоге снижается ток потребления схемы в режиме ожидания (важно в связи с требованиями стандартов энергосбережения). В таблице 2 приведены основные параметры ККМ-контроллера L6562A.

Таблица 2. Основные эксплуатационные параметры L6562A

Параметр	Значение
Пороги включения/выключения, В	12,5/10
Разброс значений порога выключения (макс), В	± 0,5
Ток микросхемы перед запуском (макс), мкА	60
Усиление умножителя	0,38
Значение опорного напряжения, В	1,08
Время реакции на изменение тока, нс	175
Динамический ток переключения схемы OVP, мкА	27
Пороги детектора нуля, выключения/срабатывания/удержания, В	1,4/0,7/0
Пороги включения/выключения микросхемы, В	0,45/0,2
Падение напряжения на внутреннем драйвере ключа, В	2,2
Задержка относительно фронта импульса в датчике тока, нс	200

Все это делает L6562A прекрасным недорогим решением для ИБП мощностью до 350 Вт, совместимых с требованиями стандартов EN61000-3-2.

Варианты применения и методика расчета типовых узлов для схем на основе L6562A/АТ приводятся в руководствах по применению; список основных документов приведен ниже.

AN3159: STEVAL-ILH005V2: 150 W HID electronic ballast — встраиваемый блок электронного балласта мощностью до 150 Вт.

AN2761: Solution for designing a transition mode PFC preregulator with the L6562A — примеры построения предварительного регулятора с ККМ в транзитивном режиме на основе L6562A.

AN2782: Solution for designing a 400 W fixed-off-time controlled PFC preregulator with the L6562A — Пример разработки 400-ваттного предварительного регулятора с ККМ на базе L6552A в режиме фиксированного времени во выключенном состоянии.

AN2928: Modified buck converter for LED applications — Модифицированный понижающий преобразователь для светодиодного освещения.

AN3256: Low-cost LED driver for an A19 lamp — Светодиодный драйвер для ламп А19 по низкой цене.

AN2983: Constant current inverse buck LED driver using L6562A — Светодиодный драйвер постоянного тока на L6562A.

AN2835: 70 W HID lamp ballast based on the L6569, L6385E and L6562A — Схема электронного балласта для газоразрядных ламп.

AN2755: 400 W FOT-controlled PFC pre-regulator with the L6562A — 400-ватный предварительный регулятор на базе L6562A в режиме fixed-off-time.

AN2838: 35 W wide-range high power factor flyback converter demonstration board using the L6562A — Демонстрационная плата 35-ваттного широкодиапазонного конвертера с высоким коэффициентом мощности на основе L6562A.

AN3111: 18 W single-stage offline LED driver — Автономный одноуровневый 18-ваттный светодиодный драйвер.

AN2711: 120 VAC input-Triac dimmable LED driver based on the L6562A — Тиристорный регулируемый светодиодный драйвер на L6562A мощностью 120 Вт.

Демонстрационные платы, предлагаемые STMicroelectronics, позволяют быстро разобраться с различными режимами работы микросхем, а также посмотреть, как поведут себя устройства в разных условиях эксплуатации. Кроме того, отладочные средства служат прототипами устройств. На момент написания статьи для ознакомления с L6562A предлагается следующий набор отладочных средств — таблица 3.

Таблица 3. Отладочные средства для L6562A

Плата	Внешний вид	Описание
STEVAL-ILL027V2		18-ваттный автономный светодиодный драйвер
EVL6562A-TM-80W		Оценочная плата 80-ваттного корректора коэффициента мощности работающего в режиме TM
STEVAL-ILL013V1		Регулируемый автономный ККМ и светодиодный драйвер с регулировкой мощности на базе L6562A
EVL6562A-LED		Демонстрационная плата светодиодного драйвера постоянного тока на L6562A
STEVAL-ILL016V2		Тиристорный автономный светодиодный драйвер на L6562AD и TSM1052
STEVAL-ILL019V1		35-ваттный автономный светодиодный драйвер для четырехканальных светодиодных источников типа HB RGGB
STEVAL-ILL034V1		Светодиодный драйвер для ламп типа A19 на базе L6562A (ориентировано на американский рынок)
EVL6562A-400W L6562A		Предварительный регулятор напряжения с корректором коэффициента мощности в режиме fixed-off-time

ККМ-контроллеры STMicroelectronics серий L6563S/H

Помимо стандартных функций и возможностей контроллеры коэффициента мощности серии L6563S/H (рис. 6) имеют ряд опций, улучшающих характеристики конечных устройств, работающих на их основе.

Рис. 6. Структурная схема ККМ-контроллера L6563S

Среди отличительных особенностей:

• Возможность работы в режиме tracking boost;
• 1/V 2 -коррекция;
• Защита от перенапряжения, разрыва цепи обратной связи, насыщения индуктора.

Высоколинейный умножитель с коррекцией ступенчатых искажений основного тока позволяет микросхемам работать в широком диапазоне входного переменного напряжения при минимальном уровне нелинейных искажений даже при больших нагрузках.

Выходное напряжение контролируется усилителем ошибки и прецизионным источником напряжения (1% при 25°С). Стабильность контура обратной связи отслеживается упреждающей связью по напряжению (1/V 2 -коррекция), которая в данной микросхеме использует уникальную проприетарную технику, позволяющую существенно улучшить переходные процессы на линии при падениях или скачках сетевого напряжения (т.н. двунаправленная связь — «bidirectional»).

ККМ-контроллер L6563H имеет тот же набор функций, что и L6563/L6563S, с добавлением высоковольтного источника запуска. Эта возможность востребована в приложениях с жесткими требованиями по энергосбережению, а также в тех случаях, когда контроллер ККМ работает в режиме мастера.

Дополнительно L6563H имеет возможность работы в режиме отслеживания повышения (tracking boost operation) — выходное напряжение изменяется, реагируя на изменения сетевого напряжения.

L6563H может быть использован в составе блоков питания мощностью до 400 Вт при соответствии требованиям стандартов EN61000-3-2, JEITA-MITI.

Микросхема L6564 является более компактной версией L6563S в корпусе SSOP-10 — имеет тот же драйвер, источник опорного напряжения и систему управления. В серии L6563A отсутствует защита от насыщения индуктора.

Так же, как и L6562A, ККМ-контроллеры L6263x могут работать в режиме фиксированного времени выключения (Fixed-Off-Time). Кроме того, выводы состояния контроллера позволяют управлять ШИМ-контроллером DC/DC-преобразователя, питаемого предварительным регулятором ККМ-контроллера при нештатных ситуациях (разрыв обратной связи, насыщение индуктора, перегрузка). С другой стороны, возможно отключение ККМ-контроллера в том случае, если DC/DC-конвертор работает на малую нагрузку. В отличие от серий L6562x имеются отдельные входы управления контроллером, что делает управление достаточно гибким.

В рекомендациях по применению описываются различные аспекты применения L6563A/H, типовые схемы включения, расчет типовых цепей и узлов.

AN3142: Solution for designing a 400 W fixed-off-time controlled PFC preregulator with the L6563S and L6563H — 400-ваттный ККМ-регулятор на L6563S и L6563H в режиме fixed-off-time.

AN3027: How to design a transition-mode PFC pre-regulator with the L6563S and L6563H — Разработка ТМ ККМ-контроллера с помощью L6563S and L6563H.

AN3203: EVL250W-ATX80PL: 250W ATX SMPS demonstration board — Демонстрационная плата ATX блока питания на 250 ВТ.

AN3180: A 200 W ripple-free input current PFC pre-regulator with the L6563S 1 — Корректор коэффициента мощности на L6563L свободный от шума входного тока.

AN2994: 400 W FOT-controlled PFC pre-regulator with the L6563S — 400-ваттный ККМ-контроллер на L6563S в режиме fixed-off-time.

AN3119: 250 W transition-mode PFC pre-regulator with the new L6563S — 250-ваттный ККМ-контроллер на L6563S в режиме transition-mode.

AN2941: 19 V — 75 W SMPS compliant with latest ENERGY STARR criteria using the L6563S and the L6566A — Импульсный блок питания с выходным напряжением 19 В мощностью 75 Вт совместимый с требованиями новейшего стандарта Energy Starr.

AN3065: 100 W transition-mode PFC pre-regulator with the L6563S — 100-ваттный ККМ-контроллер на L6563S в режиме transition-mode.

Демонстрационные платы для L6563S/ L6564 показаны в таблице 4.

Таблица 4. Отладочные средства для L6563S/ L6564

Наименование	Внешний вид	Описание
EVL250W-ATX80PL		Плата ATX блока питания на 250 Вт
EVL6563S-250W		250-ваттный предварительный регулятор с ККМ на базе L6563S в режиме TM
EVL6563S-100W		100-ваттный предварительный регулятор с ККМ на базе L6563S в режиме TM
EVL6563S-200ZRC		Корректор коэффициента мощности на L6563S свободный от шума входного тока (200 Вт)
EVL185W-LEDTV		Блок питания мощностью 185 Вт для LED-телевизоров с корректором коэффициента мощности, режимом ожидания на базе L6564, L6599A, и VIPER27L

Дополнительно по запросу разработчика могут быть предоставлены программные продукты для автоматизации разработки и расчета схем на L6563S, L6564 в режимах TM и fixed-off-time.

Рекомендации по выбору компонентов
для ККМ-контроллера

Для корректной работы микросхем ККМ-контроллеров, стабильной работы прибора и его соответствия требованиям стандартов необходимо выбрать подходящий режим работы.

Как правило, для мощностей меньше 200 Вт ККМ-контроллеры L6562A/3S/3H/4 включаются в режиме TM. Для приборов, оперирующих мощностями более 200 Вт, применяется микросхема L4981 (ее режим работы CCM). Возможно также применение серий L6562A/3S/3H/4 в режимах Fixed-Off-Time или Reeple-Steering.

Силовой MOSFET-ключ и выпрямительный диод для силовой части корректора мощности или источника питания можно легко выбрать из продукции STMicroelectronics.

Для устройств малой мощности (до 100 Вт) подходят силовые ключи семейства SuperMesh3, например, серии STx10N62K3. Для средней мощности (100…1000 Вт) — семейство MDMesh2 серии STx25NM50M. И для мощных источников, работающих с мощностями более 1 кВт — семейство MDMesh5 серии STP42N65M5.

В качестве выпрямительных рекомендуются: диоды на карбиде кремния, обладающие наименьшей емкостью перехода (серии STPSCxx06); диоды семейства Turbo 2, например, STTHxxR06; а также тандемные диоды серии STTH806DTI.

Заключение

Несмотря на сравнительно небольшой по количеству серий ассортимент предлагаемых ККМ-контроллеров, продукция STMicroelectronics, благодаря ряду удачных схемотехнических решений и разнообразию возможных режимов работы, перекрывает практически весь спектр приложений импульсных преобразователей энергии — повышающие/понижающие блоки питания, драйверы светодиодных светильников, корректоры коэффициента мощности.

Кроме того, для всего спектра приложений осуществляется информационная и техническая поддержка разработчика — от рекомендаций по применению и программ для расчета блоков и узлов до отладочных и демонстрационных плат.