能有效简化电源设计的高压谐振控制器L6598

    摘要：L6598是一款将谐振变换器与600V的高压半桥驱动器集成于同一芯片的控制IC，可取代单端谐振变换器和多芯片解决方案，从而可有效地减少元器件数量，简化高效电源设计。文章介绍了L6598的内部结构、特点、功能、原理及其应用电路。

    关键词：高压谐振控制器  软启动定时  频率设定  自举驱动  保护  L6598

1 概述

    ST公司于2000年2月正式推出的高压谐振器L6598是世界首款将谐振变换和600V的高压半桥驱动器集成到同一芯片上的控制IC。它采用BCD（双极-CMOS-DMOS）离线（Off Line）技术制造，干线（Rail）电压值达600V。可用于带谐振拓朴的AC/DC适配器、DC/DC模块和CTV以及监视器等系统的高效电源，能取代以往由两个芯片组成的半桥谐振器，同时也可替代端谐振变换器。另外，L6598的价格较低，1万只以上时，L6598的单价仅为1美元。因此采用L6598不仅能简化电源设计，而且可以提高电源的性能价格比。

2 功能结构及工作条件

    L6598/L6598D分别采用16脚DIP和SO封装，图1所示为其引脚排列是。表1列出了L6598的引脚功能。

表1 L6598的引脚名称及功能

    L6598电源电压Vs的启动门限典型值为10.7V，启动电流为250μA，静态工作电流是2mA。L6598的Vs脚上的钳位电压VCL为15.6V（±1V），在VCL下的最大电源电流Is为25mA。脚16上的最高浮置电源电压（VBOOT）为618V，脚14上的输出电压（高端参考）范围为-1V～VBOOT-18V，低端输出最高电压VLVG为14.6V，高端输出电压VHVG的最大范围为-1V～VBOOT。L6598的最高结温为150℃，工作环境温度为-40℃+150℃。

    L6598的内部结构如图2所示，可以看出，L6598主要由压控振荡器（VCO）、检测运算放大器（OP AMP）、两个带使能（Enable）输入的比较器、控制逻辑、高/低端驱动器、自举驱动器和欠电压封锁及软启动电路等组成。

    表2为L6598的推荐工作条件。表中，VCL的典型值为15.6V。只要保证VBOOT-VOUT<18V，VOUT的范围可宽达-3V～580V。

表2 L6598的推荐工作条件

3 功能原理

3.1 软启动与振荡器

    L6598可提供软启动功能。开关频率从启动时的fstart偏移到最小值fmin所历经的时间为软启动动周期Tss。图3为软启动及频率偏移电路框图。

    在软启动期间，电流Iss对电容Css充电，产生一个斜坡电压施加到跨导（gm）放大器。于是，电压信号转换为扣除了Ifstart后的逐渐增大的电流。由此可见，L6598软启动时间取决于Css。

    电流IOSC馈送到振荡器的工作原理如图4所示。IOSC经×4和×8两次反射（mirrored），在振荡器电容CF上产生一个三角波。振荡器频率可由下式计算：

    fmin=1.41/RfminGF

    上式在30kHz～100kHz的频率范围内是比较精确的。

3.2 自举驱动器

    以往流行的此类IC为了对自举（Bootstrap）电容CBOOT充电，需要在Vs脚与VBOOT脚之间外接一技快速恢复型高压二极管DBOOT。而L6598则采用了如图5所示的自举驱动器结构，从而省略了外部的自举二极管DBOOT。

    为了驱动同步的DMOS，利用内部充电泵可获得比Vs高得多的电压。与DMOS串联的二极管用作避免不希望的导通，阻止在电源迅速关断时因泵电容未能彻底放电而使电流从VBOOT流向Vs。在低端驱动器开通CBOOT再次被充电时，自举驱动器上将有一个电压降落，这个电压降大约为3V（其中二极管压降按0.6V计）。

    高/低端驱动器可为外部功率MOSFET或IGBT提供最佳的栅极驱动，驱动器电流分别为源电流250mA和灌电流450mA。L6598的内部逻辑能保证有一个最小的死区时间，以避免功率MOSFET出现跨越导通。

3.3 运算放大器

    L6598内的运算放大器可提供低输出阻抗、宽带、高输入阻抗和宽共模范围，这些特点有利于实现保护或闭环控制。其输出可以连接到Rfmin脚，以调节振荡器频率。

3.4 比较器

    两个CMOS比较器可用来执行保护功能。L6598能够识别在比较器输入端上的200ns宽度的短脉冲。如果检测到ENI输入端出现0.6V的门限电压脉冲，L6598即进入闭锁关断状态，此时振荡器停止振荡，LCG和HVG均为低电平。一旦故障解除，器件将重新开始正常工作程序。EN2输入带有一个1.2V的门限，一旦脚9上电压达到1.2V，则比较器被触发而重新开始软启动程序。

4 典型应用

    图6为L6598典型应用电路。该电路的AC输入电压范围为85～270V，适用于国际通用AC供电标准。在桥式整流器和高压铝电解滤波电容（C2）之间插入了以L6598为中心的有源PFC升压式预变换器，其目的是在AC输入端产生一个正弦电流，使线路功率因数达0.99，并在PFC变换器输出端（C2两端）产生恒定的400VDC电压。

    高压谐振控制器L6598用于驱动电路中的两只开关管Q2和Q3。Q2和Q3轮流导通和截止，产生峰值为200V的方波经变压器T1及整流、滤波后产生DC输出电压（Vo）。而电阻分压器、TL431和光电耦合器则组成了AC/DC适配器电路变压器次级侧到初级侧的反馈控制环路。变压器初级一端接半桥输出，另一端（有时串联一只电容）与串联电容C3和C4相连。用耦合电容与输出滤波电感（L2）来形成（串联）谐振电路，可使耦合电容的充电呈线性变化，注意谐振频率必须低于电源变换器的开关频率（fsw）。其谐振频率由反射到T1初级的滤波电感和耦合电容共同决定。