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通嘉LD5537B1之Flyback副边回授控制器应用于TV及Monitor电源供应器

2020-11-10 FAE锺昌德(Kobe) 阅读:
显示器电源背景应用,通嘉LD5537B1特点,Layout 注意事项

1.显示器电源背景应用

1.1三合一模块趋势整合电源/背光驱动/讯号接口电路Mswednc

随者显示器产品效能提升及成本要求,背光显示器架构由原本电源及驱动模块与讯号接口电模块分开藉由线材连接如图1,现今整合成同一模块,目的可降低设计及组装成本的,提升产品有优势如图2。Mswednc

Mswednc

图1 电源及驱动模块与讯号接口电模块分开设计Mswednc

 Mswednc

Mswednc

图2 三合一模块:整合电源,LED驱动与讯号接口电路Mswednc

 Mswednc

1.2 电源IC优化趋势Mswednc

Flyback电路控制器由高压启动LD5760X如图3转变为LD5537B1如图4 设计,控制模式由PWM转变为QR+CCM混模提升轻重载的能效,于轻载条件应用QR切换达到零电压切换(ZVS)功能相对于PWM为硬切(hard switching)在能效有优势,于重载条件应用CCM对比QR的方案频率不会随负载增加而降低故变压器的利用率可提升,在AC Brown in及AC Brown out 功能也由8in的HV pin转变LD5537B1中BNI pin实现。Mswednc

Mswednc

2.通嘉LD5537B1特点

2.1 QR+CCM 混模控制搭配高频100KHZ应用Mswednc

  • 输入低压时系统操作频率100KHZ及CCM可以减小变压器尺寸

举例: 75W电源供应器变压器由EQ34(切换频率65KHZ)优化为EQ26(切换频率100KHZ),高频设计优化变压器尺寸减小且PCB尺寸及输出电解电容缩小,对比CCM 65KHZ应用在纹波电压及电流相对于来的低,可达到元器件降本目的。Mswednc

  • 输入高压系统操作在QR条件

QR操作使一次侧MOS零电压切换 (ZVS) 除了可减少切换损(Switching losses)之外同时降低次级二极体的应力如图4。特别是二极管是快管情况下,QR对应力帮助越大,耐压低可降一个档次,其次二极管电压额定低对应较低顺向导通电压(VF)和较短的反向恢复时间(Trr)且优化组件温升及散热面积。Mswednc

 Mswednc

  • 一次侧搭配Cool MOS应用并贴片于PCB上藉由双面铜箔来散热,对比采用传统MOS加散热片应用,优化组装及散热片的成本。

2.2 LD5537B1功能应用说明Mswednc

  • 输出过压保护(OVP),输出过载保护(OLP),输出短路保护(OSCP)且增加副边二极管短路保护(SDCP),输入启动/欠压保护(AC Brown in/Brown out), CS pin 输出过压保护(CS OVP),波谷(QR)侦测最后VCC holding Mode等功能。图5为各Pin脚功能应用,以下功能为此IC的特点说明。

Vcc PinMswednc

此额定耐压为30V,其中包含Vcc UVLO on及UVLO off分别为16V及7.5V, Vcc OVP为28V。Mswednc

OUT pinMswednc

驱动电流分别驱动导通Source current 210mA及驱动关闭Sink current -350mA。Mswednc

Comp pinMswednc

接受副边回授讯号并依据电压来改变控制模式。Mswednc

BNI pinMswednc

AC Brown in /Brown out 功能,若关闭功能时悬空即可,不需增加任何组件。Mswednc

CS pinMswednc

具有波谷侦测(QR detect),输出过压保护(CS-OVP),副边二极管短路保护(SDSP) 此功能于Abnormal Testing 短路副边二极管时,因变压器能量无法释放,故造成源边的MOS Vds上的突波电压增加会导致组件受损,此功能能避免MOS损坏现象。Mswednc

 Mswednc

2.3 BNI Pin AC Brown in/out 应用说明Mswednc

2.3.1 讯号检测的方式有两个方式说明如下及图6说明Mswednc

  • 检测高压400V电容的直流电压
  •  
  • 检测AC Line/Natural的交流电压

此方式相较于检测高压电容电压的方式,负载变动不影响输入欠压保护Mswednc

Mswednc

2.3.2 关闭功能AC Brown in/out时悬空即可,不需增加任何组件Mswednc

传统带BNI/BNO PWM IC 若BNO不用时,须从VCC串接7.5MΩ电阻进行分压且大于1.05V电压才能工作,而LD5537B1 BNO 不用时悬空即可不需要接任何组件整体组件数少如图7所示。Mswednc

Mswednc

LD5537B1 AC Brown in/out计算方式:Mswednc

BNI Pin 设计参数 VBNI: 1V-1.05V-1.1V及VBNO:0.9V-0.95V-1VMswednc

AC Brown in(Vac)=(R1+R2)/R2*VBNI*1.414Mswednc

AC Brown out(Vac)=(R1+R2)/R2*VBNO*1.414Mswednc

举例R1=4Mohm, R2=38kohmMswednc

AC Brown inMswednc

Vac(VBNI=1V)Mswednc

Vac(VBNI=1.05V)Mswednc

Vac(VBNI=1.1V)Mswednc

73.6VacMswednc

78.8VacMswednc

84.3VacMswednc

AC Brown outMswednc

Vac(VBNO=0.9V)Mswednc

Vac(VBNO=0.95V)Mswednc

Vac(VBNO=1V)Mswednc

66.2VacMswednc

71.38VacMswednc

76.6VacMswednc

设计注意事项Mswednc

1. PCB layout : BNO pin分压路径短无靠近高电位的切换源Mswednc

2. BNO波形的判断标准是类似半波交流,且需波形上的噪声越低越好,如图8及9Mswednc

图8 说明BNIpin波形有噪声在固会造成计算与实际测试有差异Mswednc

图9 说明此为稳定波型计算与实际测试结果完全符合Mswednc

3. 确认AC BNI 及AC BNO 设计与测试结果是否有一致性Mswednc

4. BNO pin并联电容减少半波整流讯号上的噪声及将AC BNO 测试电压与计算接近,Mswednc

但电容太大会造成AC BNI及 AC BNO 延迟甚至无法开机Mswednc

Mswednc

  1. CS Pin应用说明:

2.4.1输出过压保护(CS-OVP):Mswednc

  • ,举例输出电压12V过压保护18V,利用Vcc pin OVP(28V)较难符合此规格,设计都采用副边增加光耦和稳压管来实现,此方式占Layout空间之外也增加成本。LD5537B1采用CS-OVP电路增加快恢复式二极管及电阻可符合过压要求高的系统,同时优化layout及成本。

此方式利用初级MOS关闭后,CS pin处于休息状态,而此时输出和VCC在整流释Mswednc

放能量,做的一个保护机制,为防止采样误触Vcs 下降沿,做了2.5uS 延时后在Mswednc

采样,充分保证采样的准确率如图10所示。Mswednc

 Mswednc

设计和layout 需要注意的地方:Mswednc

  1. CS-OVP 电路中二极管建议采用反向恢复快及结电容比较小如:BAV21W,为何要这种要求呢?主要是担心在采样时间到来时,CS-OVP 平台sample 还在振荡,造成OVP 不准或误触。
  2. R1 要放在CS pin 附近,且要离初级MOS VDS 切换干扰源远些较好。
  3. 为更好的实现QR建议CS-OVP采样平台设计在0.2V以上,R1的阻值尽量放小点。

2.4.2 OCP高低压补偿方式及谐波补偿Mswednc

LD5537B1依据占宽比限制Vcs_off电压达到输入高低压时OCP一致性如图11。Mswednc

举例12V/6A高低压OCP测试, OCP高压低补偿的方式可使OCP 相差比较小Mswednc

实测 OCPMswednc

90VMswednc

115VMswednc

230VMswednc

264VMswednc

12V OCPMswednc

12V OCPMswednc

12V OCPMswednc

12V OCPMswednc

7.53AMswednc

7.76AMswednc

7.70AMswednc

7.94AMswednc

 Mswednc

2.4.3副边二极管短路保护SDSPMswednc

进行组件短路及开路实验下, 安规判定标准以电源板不行冒烟冒火的现象即可,对于组件损坏无要求,为了符合客户故障实验时不能有组件损坏包含初级MOS,为此我们CS pin增加SDSP保护机制, 当次级二极管短路时初级的电流会瞬间冲高,当CS pin电压超过1.3V且维持4 Cycle时驱动会关闭IC进入保护模式并限制能量,避免初级MOS损坏如图12,优势在于生产上能避免因操作不当如,次级短路也不会炸机另外可保护变压器饱和造成电流斜率陡增且避免MOS损坏。Mswednc

2.4.4 VCC holding mode的功能:Mswednc

当系统Vcc 电容较小或变压器漏感大及回授响应较慢时,输出重载及无载切换下VCC电压下降触发VCC UVLO off使IC进入保护模式使输出进入打嗝现象。LD5537B1 VCC holding mode功能可以改善此问题点,当VCC电压低于UVLO off +2.1V时驱动会强制启动避免进入保护模式如下图13Mswednc

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3.Layout 注意事项

  • Power GND: 如图中5所示,IC GND→SMD Vcc cap (C1)àVCC Cap(C2)→Bulk Cap控制讯号的地应先汇集到IC的地,从IC的地连至VCC Cap的地再到Bulk Cap的地。
  • 如图中2所示,辅助绕组的地应接到Bulk Cap的地1
  • 如图中3所示,电流感侧电阻RCS的地应接到Bulk Cap的地1
  • 如图中4所示, Y-Cap一次侧端应接到Bulk Cap的地1,二次侧端的应接到Vout Cap的地。
  • 如图中6所示,BNO pin分压路径短无靠近高电位的切换源

Mswednc

LD5537B1已导入国内著名的TV厂及Monitor厂,最后请赶紧拿起手机与我联系吧,我将提供最详细的信息及应用说明给您,同时请支持老牌AC-DC通嘉产品Mswednc

联系方式如下: 通嘉FAE锺昌德(Kobe)Mswednc

联系方式:Mobile: +86-13826517276Mswednc

E-mail: kobezhong@leadtrend.com.twMswednc

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