一. TEA1713T简介
TEA1713T在一个芯片IC中集成了功率因数校正PFC控制器和半桥谐振变换器HBC驱动电路,可驱动升压转换器中的分立MOSFET和谐振半桥结构中的两个分立功率MOSFET。使用TEA1713仅需很少的外部元器件可轻松设计功率高达100W的高功效和高可靠性电源,在TCL 81-PEB039-PW1 等新型LED液晶彩电电源板中广泛应用。
TEA1713T具有内置高压电平转换移、可调最小和最大频率、系统错误安全重启、过温保护、市电掉电保护、PFC部分、IC供电和输出电压的欠压保护、过流保护及过流可调整、过压保护、自适应非重叠时间、HBC控制器电容模式保护、内置高压启动电源、突发模态切换、软启动和软停止、导通时间控制的临界工作模式等功能和特点,市电工作电压AC70 V - 276 V,半桥电路最大频率500 kHz。该高压芯片采用专有高压双极性CMOS-DMOS功率逻辑工艺制造,确保从整流后的通用市电电压直接启动。低压部分的硅绝缘芯片(SOI)用于精密、高速保护功能和控制。是LCD、LED液晶彩电和等离子电视电源控制器的理想之选。
TEA1713T内部电路方框图见图1所示,内含PFC、HBC两部分驱动电路和共用的供电、保护电路。TEA1713T采用SO24脚封装形式,引脚名称和排列见图2所示,引脚功能见表1所示。
表1 TEA1713T引脚功能
引脚
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符号
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功能
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1
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COMP PFC
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频率补偿PFC控制器,外部连接到过滤器
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2
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SNSMAINS
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电源电压检测,外接分压电阻到市电
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3
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SNSAUX PFC
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PFC退磁检测,外接过零检测电路
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4
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SNSCUR PFC
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PFC瞬时电流和软启动控制器,外接过流保护检测电阻
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5
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SNSOUT
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电源输出电压检测,本电源外接VCC供电电路,内接HBC和PFC控制器
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6
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SUPIC
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VCC1供电输入,内置高压启动源和供电管理电路
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7
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GATEPFC
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PFC驱动脉冲输出,外接PFC开关管G极
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8
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PGND
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输出电路接地
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9
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SUPREG
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驱动升压供电,内接升压稳压器,外接缓冲电容
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GATELS
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低端激励脉冲输出,外接半桥式输出低端开关管G极
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11
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NC
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空脚,高压隔离
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12
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SUPHV
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高压启动电源输入,内接高压启动源,本电源未用
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GATEHS
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高端激励脉冲输出,外接半桥式输出高端开关管G极
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SUPHS
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高端升压供电,外接自举电容
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HB
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半桥式输出电路中点电压输出
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NC
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空脚,高压隔离
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SNSCURHBC
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半桥式输出电路瞬间电流检测,外接反馈电路
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SGND
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信号电路接地
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CFMIN
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最低频率设置,外接设置电容器
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RFMAX
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最大频率设置,外接设置电阻器
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SNSFB
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输出电压调节反馈输入端,外接稳压光耦
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SSHBC / EN
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PFC和HBC软启动时间设定,外接软启动电容
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RCPROT
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保护定时器超时并重启设置,外接定时阻容
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SNSBOOST
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PFC输出电压取样输入,外接分压电阻
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二.应用电路介绍
图3是TEA1713T在TCL 81-PBE039-PW1电源+背光灯二合一板应用时的电路图,包括功率因数校正PFC电路和HBC主电源电路两部分组成。
1.PFC电路工作原理
TCL 81-PBE039-PW1电源+背光灯二合一板的PFC电路由双驱动控制电路TEA1713T的1、2、3、4、7、24脚内外电路、储能电感LP1、场效应MOSFET开关管QW1和续流管D302、升压滤波电容CE1、CE2为核心组成。
PFC部分在高功率时工作在准谐振状态,低功率时工作在准谐振与跳谷底状态,从而实现高效率。内置的过流保护(OCP),过压保护(OVP)以及退磁检测功能可确保控制器安全工作在所有条件下。
⑴启动工作过程
遥控开机后,待机控制电路送来的VCC1电压加到TEA1713T的6脚,TEA1713T启动工作,内部振荡电路产生的激励脉冲经TEA1713T内部乘法器中经逻辑处理、推挽放大后,从TEA1713T的7脚输出PFC开关脉冲,经R312、R311、D801加到MOSFET开关管QW1的G极,驱动QW1工作在开关状态。
当MOSFET开关管QW1饱和导通时,由BD1整流后的300V脉动电压经电感LP1、QW1的D-S极、R309到地,形成回路,在电感LP1中产生感应电压;当QW1截止时,流过LP1的一次电流呈减小趋势,电感两端必然产生左负右正的感应电压,这一感应电压与BD1整流后的直流分量叠加,在滤波电容CE1、CE2正端形成380V左右的直流电压HV+,不但提高了电源利用电网的效率,而且使得流过LP1一次绕组的电流波形和输入电压的波形趋于一致,从而达到提高功率因数的目的。
⑵稳压控制电路
PFC电路输出电压经R314~R316与R317分压,将取样电压送到TEA1713T的24脚,作为输出直流电压误差信号;储能电感变压器LP1的次级的感应电压,作为交流过零检测信号,经R304送到TEA1713T的3脚,上述直流取样和交流检测电压经TEA1713T内部比较放大、对比与运算,产生误差调整电压,对7脚的脉冲占空比进行调整,控制QP801的导通时间,维持输出电压的稳定。
当PFC输出电压降低时,TEA1713T的7脚输出的脉冲占空比变大,开关管QW1的导通时间延长,输出电压升高到正常值;当PFC输出电压升高,TEA1713T的7脚输出的脉冲占空比变小,开关管QW1的导通时间缩短,输出电压降低到正常值。
⑶开关管过流保护
TEA1713T的4脚为PFC部分开关管源极电流检测端。QW1漏极电流从源极输出,经R309接地,在R309上形成与QW1源极电流成正比的检测电压。该电压经R306、R307、R308分压后反馈到TEA1713T的4脚内部,内部电流检测电路及逻辑处理电路自动调整TEA1713T的7脚输出脉冲的大小,从而自动调整QW1源极电流。当QW1电流过大,反馈到4脚电压达到保护设计值时,7脚调整输出激励脉冲。
⑷输出过压、欠压保护
TEA1713T的24脚内部设过压、欠压、短路保护电路。PFC电路在滤波电容CE1、CE2正端输出的380V的电压,经分压后送入TEA1713T的24脚。当PFC电路发生故障,造成输出的开关脉冲升高或降低时,调整TEA1713T的7脚输出的开关脉冲,使其恢复到正常范围;当PFC电路发生故障输出电压过高或过低时,内部过压、欠压保护电路启动,经1脚外部阻容电路延时后,进入保护状态。
⑸.市电欠压保护
TEA1713T的2脚为市电电压取样输入端,AC220V市电经RD1~RD4分压后产生的取样电压,再经R301与R302分压,送到TEA1713T的2脚,对内部电源复位、电源补偿和工作频率、开关机时间进行控制,当市电电压过低时,经1脚外部阻容电路延时后,进入保护状态。
⑹VCC供电欠压保护
TEA1713T的6脚时TEA1713T的VCC供电输入脚,内设供电管理和欠压检测电路,当VCC供电电压过低,不能保证TEA1713T正常工作时,保护电路启动。
2.主开关电源工作原理
TCL 81-PBE039-PW1电源+背光灯二合一板中的主开关电源电路由双驱动控制电路TEA1713T的5、8、10、13~15、17、19~22脚脚内外电路、半桥式输出电路QW3、QW4和开关变压器TS2等为核心组成谐振式开关电源,向主板和背光灯驱动电路提供+12V/3A和+92V/0.7A电源。
HBC部分是一个高压控制器,用于零电压开关LLC谐振变换器,该模块含有一个高压电平转换电路和多个保护电路,其中包括过流保护、开环保护、容性模式保护和通用的带闭锁保护的输入引脚。
在本电源中,开关变压器TS2的初级绕组和电容 C401组成一个串联谐振电路,连接于功率输出管QW3、QW4的输出端。而振荡部分TEA1713T和功率输出部分看成一个“他激型的振荡器”。电路设计时将TS2和C401的谐振频率设计为约等于TEA1713T内部振荡器的工作频率,更好地保证了电源电路的输出功率。
⑴启动振荡过程
遥控控制极后,功率因数校正电路CE1、CE2两端输出的380V电压为半桥式输出电路QW3、QW4供电,开关机控制电路为TEA1713T的6脚提供VCC1供电,主电源启动工作,TEA1713T内部振荡电路便启动进入振荡状态产生振荡脉冲信号。从13、10脚输出频率相同、相位相反的开关激励信号,分别送到上桥开关管QW3和下桥开关管QW4的栅极。开关管QW4、QW3在驱动电路输出的脉冲信号作用下,进入开关工作状态,在D极和S极之间形成变化电流。该变化电流流过开关变压器TS2的初级绕组,在TS2的初级绕组中产生周期性的变化磁场,此变化磁场通过变压器TS2的互感作用,在开关变压器的次级产生感应脉冲电压。经整流滤波后,产生+12V/3A和+92V/0.7A电压,为负载电路供电。
在PFC供电及自举升压电路的共同作用下,在QW3的源极,也就是 TEA1713T的15脚,形成0V和380V变化的开关振荡信号。该振荡信号的振荡频率为F,送到后面由TS2、C401组成的 LLC谐振电路,由于谐振电路的工作频率f与F相差不大,这样就有效保证了LLC电源的输出功率。
主电源就是采用控制频率的方式来达到稳定输出电压的目的,即控制振荡频率和谐振频率的频偏大小,来实现稳压。
⑵升压供电电路
TEA1713T的14脚是驱动输出电路高端升压供电端,TEA1713T的9脚内接连续稳压和检测电路,9脚输出电压经C405、C406稳压后,通过D403为14脚内部驱动电路进行供电。
⑶稳压控制电路
主开关电源的稳压电路由光电耦合器PC3、取样误差放大电路U402组成,对TS2次级输出的+12V/3A和+92V/0.7A 电压进行取样,通过调整TEA1713T的21脚电压进行稳压控制。
当由于某种原因导致+12V/3A和+92V/0.7A输出电压升高时,分压后加到比较器U402控制端的电压也随之升高,引起U402导通程度加大。再通过光耦PC3,将反馈电流送入TEA1713T的21脚反馈输入脚,当输入电流增大时。控制芯片内部的振荡器提高其振荡频率 F。由于振荡频率F原本就高于负载LLC谐振电路的谐振频率f。提高振荡频率F进一步拉大了其与谐振频率f的频率差。使电路的输出功率下降,最终降低输出电压,实现稳压控制。当+12V/3A和+92V/0.7A电压降低时,其控制过程相反。
⑷反馈与过载保护电路
TEA1713T的17脚为末级输出电压检测信号输入端,用来检测主开关电源末级推挽输出电路的输出情况,TS2的初级绕组下端C401右侧的脉冲电压,经C402、R407送到TEA1713T的17脚,当该脚电压超过保护设定值时,内部保护电路启动,关断10、13脚的激励脉冲。
⑸欠压、过压保护电路
TEA1713T的5脚内设输出欠压、输出过压检测电路,本电源未对输出电压进行检测,而是通过R313对VCC1供电进行检测,当VCC1供电过高或过低时,保护电路启动,主电源停止工作。
⑹过热保护
在TEA1713T内部设有温度检测电路,当某种原因造成TEA1713T内部温度升高到150℃保护设定值时,内部过热保护电路启动,开关电源停止工作。
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