新一代單片PFC+PWM控制器

關鍵詞：PFC；PWM；大功率開關電源；占空比；諧波干擾

１　引言

美國ＣＭＣ半導體公司推出的單片ＰＦＣ＋ＰＷＭ控制器ＣＭ６８ｘｘ和ＣＭ６９ｘｘ系列產品，由于采用了ＬＥＴＥ（上升沿調制ＰＦＣ／下降沿調制ＰＷＭ）和ＴＭ（增益調制技術）等專利技術?從而使ＣＭ６８ｘｘ和ＣＭ６９ｘｘ這兩種系列芯片的增升電容可以做到非常小，從而節(jié)省無功功耗和元件成本。另外，也可提供全面保護（如電壓保護、過壓保護、過流保護、短路保護及過熱保護等）功能，其主動式的ＰＦＣ（功率因子校正）可使功率因子接近１。ＣＭ６８ｘｘ系列和ＣＭ６９ｘｘ系列涵蓋了從５０Ｗ到５０００Ｗ的應用，這使得它們可以廣泛地應用于ＰＣ電源、空調、大屏幕彩電、監(jiān)視器、ＵＰＳ、ＡＣ ａｄａｐｔｏｒ等眾多需要開關電源的應用領域。ＣＭ６８００與ＣＭ６９０３的軟啟動電流僅為１００μＡ，其中ＣＭ６８００采用ＤＩＰ１６封裝，ＣＭ６９０３為ＳＩＰ９封裝，它們均具有極高的性價比。本文僅介紹大功率產品ＣＭ６８００的結構、特點及應用。

２ ＣＭ６８００／１的主要特點

ＣＭ６８００／１內含脈寬調制控制器，能促進小型低成本大容量電容在開關電源設計中的應用。同時該產品還可降低電力線路負載，減小場效應管的應力，從而設計出完全符合ＩＥＣ－１０００－３－２規(guī)范的開關電源產品。

ＣＭ６８００／１的主要特性如下：

●ＰＷＭ部分添加了反向限流；

●２３Ｖ Ｂｉ－ＣＭＯＳ處理；

圖2

●通過ＶＩＮ ＯＫ可保證以２．５Ｖ而不是１．５Ｖ運作ＰＷＭ；

●具有同步的前沿ＰＦＣ及后沿ＰＷＭ；

●為超快ＰＦＣ響應提供有高轉換率誤差放大器；

●具有低啟動電流(１００μＡ ｔｙｐｅ．)和低工作電流(３．０ｍＡ ｔｙｐｅ．)特性；

●低ＴＨＤ、高ＰＦ；

●利用ＰＦＣ與ＰＷＭ之間的存儲電容可減小紋波電流；

●具有平均電流控制模式，同時具有連續(xù)或非連續(xù)工作模式的ｂｏｏｓｔ型前沿ＰＦＣ；

●內含ＶＣＣ ＯＶＰ 比較器，可低功率檢測；

●ＰＷＭ電路既可以采用電流模式，也可以采用電壓模式工作；

●可通過電流反饋增益調節(jié)器改善電路的噪聲影響；

● 內部含有斷電保護、過壓保護、欠壓鎖定(ＵＶＬＯ)、軟啟動及電壓參考電路。

３　ＣＭ６８００／１的引腳功能及參數

３．１ 引腳功能

ＣＭ６８００／１電源控制器具有ＳＯＰ－１６（Ｓ１６）和ＰＤＩＰ－１６(Ｐ１６)兩種封裝形式，兩種封裝的工作溫度范圍均為－４０℃～＋１２５℃，圖１所示是ＣＭ６８００／０１的引腳排列圖。表１給出了它們各引腳功能及該腳的工作電壓。

表1 CM6800/1引腳功能及工作電壓

３．２ 主要參數

ＣＭ６８００／１的主要參數如下：

● 器件最高工作電壓Ｖｃｃ為２３Ｖ；

● ＰＦＣ最大輸出電流為１Ａ；

● ＰＷＭ最大輸出電流為１Ａ；

● ＩＡＣ最大輸入電流為１ｍＡ；

● ＩＲＥＦ最大輸入電流為１０ｍＡ；

● ＰＦＣ、ＰＷＭ的輸出電壓范圍均為(ＧＮＤ－０．３)～(ＶＣＣ＋０．３)Ｖ；

● ＩＥＡＯ 腳的電壓為０～４．５Ｖ；

● 片內振蕩器的振蕩頻率：６６～７５．５ｋＨｚ(ＴＡ＝２５℃)；

● ＰＦＣ占空比范圍為０～９５％；

● ＰＷＭ占空比范圍為０～４９．３％；

● 軟啟動電流典型值為１００μＡ；

● 操作電流典型值為３．０ｍＡ；

● 欠壓鎖定門限電壓典型值為１３Ｖ。

圖5

４?。茫停叮福埃埃钡膬炔拷Y構原理

ＣＭ６８００／１的內部結構框圖如圖２所示，它由一個平均控制電流以及連續(xù)的ｂｏｏｓｔ同步前沿ＰＦＣ和后沿ＰＷＭ組成，其中ＰＷＭ既可用于電流模式又可用于電壓模式。而在電壓模式中，與ＰＦＣ輸出相接的前饋控制電路可改善ＰＷＭ的線性控制規(guī)則；在電流模式中，ＰＷＭ通常用下降沿（后沿）調制方式，而ＰＦＣ則用上升沿（前沿）調制。這種前、后沿調制專利技術的運用使得ＰＦＣ的誤差放大器具有較寬的帶寬，而且能夠有效地減小與ＰＦＣ ＤＣ端相連的電容的尺寸。

ＣＭ６８００／１具有功率因數校正和大量的保護功能，其中包括軟啟動、ＰＦＣ過壓保護、峰值電流限制、斷電保護、占空比限制及欠壓鎖定等。

由圖２可知，ＰＦＣ部分由增益調節(jié)器、電壓誤差放大器、電流誤差放大器、過壓比較器、ＰＦＣ限流比較器、電壓參考電路及振蕩器等組成。其中增益調節(jié)器是ＰＦＣ的主要部分，它可以對干線電壓波形、頻率、ＲＭＳ線上電壓、ＰＦＣ輸出電壓以及整個電流反饋的響應進行控制。ＰＷＭ部分由脈寬調制器、ＰＷＭ限流比較器、ＶＩＮ ＯＫ比較器、ＰＷＭ控制（ＲＡＭＰ２）電路（電流模式及電壓模式）、軟啟動電路、占空比限制電路及直流限流比較器等組成。這一部分最重要的問題是和ＰＦＣ部分的內部同步問題，其同步特性簡化了ＰＷＭ的補償電路，它主要靠ＰＦＣ的輸出電容（即ＰＷＭ輸入電容）來對紋波進行控制，而且ＰＷＭ的工作頻率與ＰＦＣ相同。

圖6

ＣＭ６８００／１突出的優(yōu)點是采用了同步的前沿ＰＦＣ和后沿ＰＷＭ調制技術。ＰＷＭ的后沿調制是在系統(tǒng)時鐘的后沿開關將要接通時進行的。其方法是將誤差放大器的輸出和調制的斜坡電壓進行比較，然后在開關接通期間確定其后沿調制的有效占空比，圖３所示是其后沿調制示意圖。而前沿調制是在系統(tǒng)時鐘的前沿開關斷開時進行的，其方法是當調制斜坡電壓達到誤差放大器輸出電壓時，開關接通，并在開關斷開期間確定前沿調制的有效占空比，圖４所示是其前沿調制原理示意圖。

這種控制技術的優(yōu)點之一是只需要一個系統(tǒng)時鐘，開關１（ＳＷ１）斷開和開關２（ＳＷ２）接通可在同一瞬間將瞬時的“ｎｏ－ｌｏａｄ”周期減至最小，從而通過開關作用得到較低的紋波電壓?同時在同步開關作用下減小前端的紋波電壓。采用這種方法，可將１２０Ｈｚ的ＰＦＣ的輸出紋波電壓改善３０％。

５　ＣＭ６８００／１的應用

ＣＭ６８００／１集成芯片可廣泛應用于大功率開關電源中，圖５是ＣＭ６８００／１芯片以電流模式工作的應用電路，圖６是芯片工作在電壓模式的應用電路。在電流模式應用中，ＲＡＭＰ２端的信號可直接從電流感應電阻Ｒ１９得到，且在變換器的輸出期間為一個典型的電流。同時，ＤＣＩＬＩＭＩＴ可用于提供周期性的限制電流，在該應用中，它可直接和ＲＡＭＰ２連在一起，而且ＤＣＩＬＩＭＩＴ輸入還可用于輸出進行過流保護。而在電壓模式應用時，ＲＡＭＰ２端和一個ＲＣ定時電路（Ｒ６２、Ｃ５０）連接在一起，可產生一個斜坡電壓，其最小值為０Ｖ，最大值約為５Ｖ。需要說明的是：應用與ＰＦＣ輸出相連接的前饋電路可為ＰＷＭ提供一個理想的周期斜坡信號，這對改善其線性規(guī)則的準確性和響應有一定幫助。