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1、新一代单片新一代单片 PFC+PWM 控制器控制器 文章作者:安徽合肥解放军电子工程学院 马国胜 安徽合肥解放军炮兵学院 田 野 文章类型:设计应用 文章加入时间:2004 年 6 月 16 日 23:2 摘要:摘要:CM6800 是美国 CMC 半导体公司生产的新一代单片 PFC+PWM 控制器,该芯片采用了 LETE(同 步前沿 PFC后沿 PWM 技术)等多项专利技术,从而减小了电路中的滤波电容值且不再需要前馈电阻, 同时具有绿色模式、软启动、故障检测、欠压、过压保护等功能,其主动式 PFC(功率因子校正)可使功 率因子接近于。文中介绍了 CM6800 的主要特点、引脚功能及内部结构,给
2、出电压模式及电流模式的应 用电路。 关键词:关键词:PFC;PWM;大功率开关电源;占空比;谐波干扰 引言 引言 美国半导体公司推出的单片控制器和系列产品,由于采用了 (上升沿调制下降沿调制)和(增益调制技术)等专利技术从而使和这 两种系列芯片的增升电容可以做到非常小,从而节省无功功耗和元件成本。另外,也可提供全面保护(如电压保护、过压保 护、过流保护、短路保护及过热保护等)功能,其主动式的(功率因子校正)可使功率因子接近。系 列和系列涵盖了从到的应用,这使得它们可以广泛地应用于电源、空调、大屏幕彩电、 监视器、 等众多需要开关电源的应用领域。与的软启动电流仅为 ,其中采用封装,为封装,它们均
3、具有极高的性价比。本文仅介 绍大功率产品的结构、特点及应用。 的主要特点 的主要特点 内含脉宽调制控制器,能促进小型低成本大容量电容在开关电源设计中的应用。同时该产品还可降 低电力线路负载,减小场效应管的应力,从而设计出完全符合规范的开关电源产品。 的主要特性如下: 部分添加了反向限流; 处理; 通过 可保证以而不是运作; 具有同步的前沿及后沿; 为超快响应提供有高转换率误差放大器; 具有低启动电流( )和低工作电流( )特性; 低、高; 利用与之间的存储电容可减小纹波电流; 具有平均电流控制模式,同时具有连续或非连续工作模式的型前沿; 内含 比较器,可低功率检测; 电路既可以采用电流模式,也
4、可以采用电压模式工作; 可通过电流反馈增益调节器改善电路的噪声影响; 内部含有断电保护、过压保护、欠压锁定()、软启动及电压参考电路。 的引脚功能及参数 的引脚功能及参数 引脚功能 电源控制器具有()和()两种封装形式,两种封装的工 作温度范围均为, 图所示是的引脚排列图。 表给出了它们各引脚功能及该脚 的工作电压。 表 1 CM6800/1 引脚功能及工作电压表 1 CM6800/1 引脚功能及工作电压 工作电压 引脚编号 名 称 引脚说明 Min. Typ. Max. Unit 1 IEAO PFC 电流误差放大器输出 0 4.25 V 2 IAC PFC 增益控制参考输入 0 1 mA
5、3 ISENSE PFC 限流比较器的电流监测输入 -5 0.7 V 4 VRMS PFC RMS 线上的电压补偿输入 0 6 V 5 SS PWM 软软启动电容的连接点 0 8 V 6 VDC PWM 电压反馈输入 0 8 V 7 RMP1(RTCT) 振荡器频率设定,可由外部 RTCT 电 路设定频率 1.2 3.9 V 8 RMP2(PWM RAMP) 当采用电流模式时,该引脚为测试电 流输入;当采用电压模式时,该引脚 为从 PFC 输出的 PWM 输入(斜坡电 压) 0 6 V 9 DC ILIMIT PWM 限流比较器输入 0 1 V 10 GND 接地脚 11 PWM OUT PW
6、M 驱动信号输出 0 Vcc V 12 PFC OUT PFC 驱动信号输出 0 Vcc V 13 VCC 芯片正电源 10 15 20 V 14 VREF 内部 7.5V 参考电压缓冲输出端 7.5 V 15 VFB PFC 电压误差放大器输入 0 2.5 3 V 16 VEAO PFC 电压误差放大器输出 0 6 V 主要参数 的主要参数如下: 器件最高工作电压为; 最大输出电流为; 最大输出电流为; 最大输入电流为; 最大输入电流为; 、的输出电压范围均为()(); 脚的电压为; 片内振荡器的振荡频率:() ; 占空比范围为; 占空比范围为; 软启动电流典型值为; 操作电流典型值为; 欠
7、压锁定门限电压典型值为。 的内部结构原理 的内部结构原理 的内部结构框图如图所示,它由一个平均控制电流以及连续的同步前沿和后沿 组成,其中既可用于电流模式又可用于电压模式。而在电压模式中,与输出相接的前馈控制电路可改善 的线性控制规则;在电流模式中,通常用下降沿(后沿)调制方式,而则用上升沿(前沿)调制。这种 前、后沿调制专利技术的运用使得的误差放大器具有较宽的带宽,而且能够有效地减小与 端相连的电容 的尺寸。 具有功率因数校正和大量的保护功能,其中包括软启动、过压保护、峰值电流限制、断电保 护、占空比限制及欠压锁定等。 由图可知,部分由增益调节器、电压误差放大器、电流误差放大器、过压比较器、
8、限流比较器、电压 参考电路及振荡器等组成。其中增益调节器是的主要部分,它可以对干线电压波形、频率、线上电压、 输出电压以及整个电流反馈的响应进行控制。部分由脉宽调制器、限流比较器、 比较器、 控制()电路(电流模式及电压模式)、软启动电路、占空比限制电路及直流限流比较器等组成。这一部分最重 要的问题是和部分的内部同步问题,其同步特性简化了的补偿电路,它主要靠的输出电容(即输 入电容)来对纹波进行控制,而且的工作频率与相同。 突出的优点是采用了同步的前沿和后沿调制技术。的后沿调制是在系统时钟的 后沿开关将要接通时进行的。 其方法是将误差放大器的输出和调制的斜坡电压进行比较, 然后在开关接通期间确
9、定其后沿调 制的有效占空比,图所示是其后沿调制示意图。而前沿调制是在系统时钟的前沿开关断开时进行的,其方法是当调制斜坡 电压达到误差放大器输出电压时,开关接通,并在开关断开期间确定前沿调制的有效占空比,图所示是其前沿调制原理示 意图。 这种控制技术的优点之一是只需要一个系统时钟,开关()断开和开关()接通可在同一瞬间将瞬 时的“”周期减至最小, 从而通过开关作用得到较低的纹波电压同时在同步开关作用下减小前端的纹波电 压。采用这种方法,可将的的输出纹波电压改善。 的应用 的应用 集成芯片可广泛应用于大功率开关电源中,图是芯片以电流模式工作的应用电 路,图是芯片工作在电压模式的应用电路。在电流模式应用中,端的信号可直接从电流感应电阻得到, 且在变换器的输出期间为一个典型的电流。同时,可用于提供周期性的限制电流,在该应用中,它可直接 和连在一起,而且输入还可用于输出进行过流保护。而在电压模式应用时,端和一 个定时电路(、)连接在一起,可产生一个斜坡电压,其最小值为,最大值约为。需要说明的是: 应用与输出相连接的前馈电路可为提供一个理想的周期斜坡信号, 这对改善其线性规则的准确性和响应有一定 帮助。
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