L6563H：高性能过渡模式PFC控制器的全面解析

引言

在当今的电子设备中，功率因数校正（PFC）技术变得越来越重要，它不仅有助于提高电源的效率，还能减少对电网的谐波污染。L6563H作为一款高性能的过渡模式（TM）PFC控制器，具备众多出色的特性和功能，广泛应用于各种高端电源设备中。本文将对L6563H进行全面的解析，包括其特性、应用、电气参数以及保护功能等方面，希望能为电子工程师们在设计中提供有价值的参考。

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一、L6563H概述

L6563H是一款工作在过渡模式的电流模式PFC控制器，它在L6563S的基础上增加了高压启动源。这种设计使得该IC特别适用于需要符合节能法规的应用，并且PFC预调节器作为主级工作的场景。

其高度线性的乘法器和特殊的校正电路，能够降低市电电流的交越失真，实现宽范围市电操作，即使在大负载范围内也能保持极低的总谐波失真（THD）。输出电压通过电压模式误差放大器和精确的内部电压参考进行控制，同时电压前馈功能（1/V²校正）优化了环路稳定性，显著改善了线路瞬态响应。

二、主要特性

2.1 高压启动与低功耗

• 高压启动源：芯片上集成了700V启动源，能够直接连接到整流后的市电电压。一个1mA的内部电流源为连接在Vcc和GND之间的电容充电，直到Vcc电压达到启动阈值，然后停止工作。在短路情况下，当Vcc电压低于6V时，启动源会重新启用，以确保低功耗。
• 低启动电流：启动电流低至≤100μA，工作偏置电流最大为6mA（在TJ = 25°C时），内部参考电压精度为1%，有助于降低系统功耗。

2.2 先进的控制与保护功能

• 电压前馈：采用专有的1/V²校正技术，实现“双向”线路瞬态响应改善，在市电电压下降和浪涌时都能保持良好的性能。
• 跟踪升压功能：输出电压可以跟踪市电电压进行变化，通过连接在TBO引脚和GND之间的电阻来实现。
• 多种保护功能：包括过压保护、反馈环路故障保护、电感饱和保护、欠压锁定（UVLO）保护等，确保系统在各种异常情况下的安全运行。

2.3 强大的驱动能力

• 具有600/800mA的图腾柱栅极驱动器，在UVLO期间具有有源下拉功能，能够驱动大尺寸的MOSFET或IGBT。

三、引脚连接与功能

3.1 引脚连接

L6563H采用SO16封装，各引脚的连接和功能如下：	引脚编号	引脚名称	功能描述
1	INV	误差放大器的反相输入，用于监测PFC预调节器的输出电压。如果使用跟踪升压功能，内部电流发生器会根据TBO引脚的设置改变输出电压。
2	COMP	误差放大器的输出，连接补偿网络以实现电压控制环路的稳定性。
3	MULT	乘法器的市电输入，提供正弦参考信号给电流环路，并用于获取市电RMS电压信息。
4	CS	PWM比较器的输入，用于检测MOSFET的电流，当电压超过1.7V时，可检测到异常电流。
5	VFF	用于1/V²功能的乘法器第二输入，连接电容和电阻到GND，补偿控制环路增益对市电电压的依赖。
6	TBO	跟踪升压功能引脚，提供缓冲的VFF电压，通过连接电阻到GND来控制输出电压跟踪市电电压。
7	PFC_OK	监测PFC预调节器的输出电压，用于保护目的。当电压超过2.5V时，停止开关操作；当电压低于0.23V时，关闭IC。
8	PWM_LATCH	故障信号输出引脚，在正常工作时为高阻抗。当检测到反馈故障时，引脚置高，用于停止DC-DC转换器的操作。
9	HVS	高压启动引脚，能够承受700V电压，直接连接到整流后的市电电压。
10	N.C	未内部连接，用于满足PCB安全要求。
11	PWM_STOP	故障信号输出引脚，在正常工作时为高阻抗。当IC被低于0.8V的电压禁用时，引脚置低。
12	RUN	远程ON/OFF控制引脚，电压低于0.8V时关闭IC，高于0.88V时重启。
13	ZCD	用于检测升压电感的去磁，负向边沿触发MOSFET导通。
14	GND	接地引脚。
15	GD	栅极驱动器输出，能够驱动MOSFET或IGBT。
16	Vcc	IC和栅极驱动器的供电电压。

3.2 关键引脚功能详解

• INV引脚：在跟踪升压功能中起着关键作用。当市电电压变化时，TBO引脚控制的内部电流发生器会改变INV引脚的电流，从而调整输出电压。
• PFC_OK引脚：不仅用于过压保护，还可以作为非锁存的IC禁用引脚。当电压低于0.23V时，IC停止工作，降低功耗；当电压高于0.27V时，IC重新启动。
• HVS引脚：高压启动功能的核心，通过内部电流源为Vcc电容充电，实现低功耗启动。在短路或锁存保护时，能够根据Vcc电压状态重新启用，确保系统的稳定性。

四、电气特性

4.1 供电电压与电流

• 供电电压范围：工作电压范围为10.3 - 22.5V，启动阈值为11 - 13V，关断阈值为8.7 - 10.3V。
• 启动电流：启动前，Vcc = 10V时，启动电流为90 - 150μA；启动后，静态电流为4 - 5mA，工作供电电流在70kHz时为5 - 6.0mA。

4.2 高压启动发生器

• 击穿电压：能够承受700V的高压，启动电压为65 - 100V。
• 充电电流：VHV > VHvstart且Vcc > 3V时，Vcc充电电流为0.55 - 1.0mA。

4.3 其他电气参数

• 乘法器：线性工作范围为0 - 3V，增益为0.375 - 0.525 1/V。
• 误差放大器：输入阈值在TJ = 25°C时为2.475 - 2.525V，电压增益为60 - 80dB。
• 电流检测比较器：输入偏置电流在VCS = 0时为≤1μA，前沿消隐时间为100 - 250ns。

五、典型电气性能

5.1 温度特性

通过一系列图表展示了L6563H在不同温度下的性能变化，包括IC消耗、Vcc启动和关断阈值、反馈参考、OVP水平、电感饱和阈值等参数。这些特性有助于工程师在不同的工作环境下进行合理的设计和优化。

5.2 乘法器特性

在不同的VFF电压下，乘法器具有不同的特性曲线。通过调整VFF电压，可以实现对电流参考的精确控制，从而优化系统的性能。

5.3 栅极驱动器特性

栅极驱动器的输出电压、峰值源电流和峰值灌电流等参数在不同温度下也有一定的变化。了解这些特性对于选择合适的MOSFET或IGBT以及设计驱动电路至关重要。

六、应用信息

6.1 过压保护（OVP）

通过专用的PFC_OK引脚监测PFC预调节器的输出电压。当输出电压超过预设值时，PFC_OK引脚电压达到2.5V，此时栅极驱动活动立即停止，直到PFC_OK引脚电压下降到2.4V以下。

6.2 反馈故障保护（FFP）

当检测到反馈断开（如输出分压电阻R1开路），且OVP功能激活时，如果INV引脚电压低于1.66V，FFP功能将被触发。此时，栅极驱动活动停止，IC关闭，静态消耗降低到180μA以下，并且状态被锁存，直到重新上电。

6.3 电压前馈

电压前馈功能通过获取与输入RMS电压成比例的电压，经过平方/除法电路（1/V²校正器）处理后，提供给乘法器，以补偿线路电压变化对增益的影响。这种设计可以减少控制动态的权衡，提高系统的响应速度和稳定性。

6.4 THD优化电路

L6563H的THD优化电路通过在市电电压过零点附近增加功率开关的导通时间，减少交流输入电流的交越失真。该电路通过正偏置增加乘法器的输出，并且偏置值随着市电电压的增加而减小，同时受到VFF引脚电压的调制。

6.5 跟踪升压功能

通过连接在TBO引脚和GND之间的电阻，实现输出电压跟踪市电电压的变化。当市电电压升高时，TBO引脚电压升高，INV引脚电流增大，从而提高PFC预调节器的输出电压；反之亦然。

6.6 电感饱和检测

L6563H在电流检测引脚（CS）上设置了第二个比较器，当电压超过1.7V时，IC停止工作。之后，IC会尝试通过内部启动电路重新启动，启动重复时间为标称值的两倍，以降低电感和升压二极管的应力。

6.7 电源管理/内务功能

通过PWM_LATCH、PFC_OK、PWM_STOP和RUN等引脚，实现与级联DC-DC转换器的PWM控制器的通信和协调。这些功能可以确保在电源启动、关闭或故障等瞬态条件下，系统能够正常工作。

6.8 高压启动发生器

高压启动发生器由高压N沟道FET和温度补偿电流发生器组成，能够在80V左右开始工作，为Vcc电容充电。当Vcc电压达到启动阈值时，发生器停止工作，IC由Vcc电容存储的能量供电，直到自供电电路提供足够的电压。

七、应用实例

7.1 100W TM PFC评估板

该评估板展示了L6563H在宽范围市电下的性能，符合EN61000-3-2和JEITA-MITI标准。在不同的输入电压和负载条件下，都能保持低THD和高功率因数。

7.2 90W和150W适配器

使用L6563H、L6599A和SRK2000A组成的适配器电路，展示了该IC在实际应用中的可行性和稳定性。

八、总结

L6563H作为一款高性能的过渡模式PFC控制器，具有丰富的特性和强大的功能。其高压启动源、低功耗、先进的控制和保护功能，使其在各种高端电源应用中具有出色的表现。通过合理的设计和应用，工程师们可以充分发挥L6563H的优势，实现高效、稳定、可靠的电源系统。

在实际设计过程中，工程师们需要根据具体的应用需求，仔细考虑引脚连接、电气参数和保护功能的设置。同时，参考典型应用实例和电气性能图表，进行合理的优化和调整，以确保系统达到最佳性能。希望本文能够为电子工程师们在使用L6563H进行设计时提供有益的帮助。

你在使用L6563H进行设计时遇到过哪些问题？或者你对该IC的哪些功能更感兴趣？欢迎在评论区分享你的经验和想法。