新一代單片PFC PWM控制器

１ 引言
美國ＣＭＣ半導(dǎo)體公司推出的單片PFC＋PWM控制器CM68xx和CM69xx系列產(chǎn)品，由于采用了ＬＥＴＥ（上升沿調(diào)制PFC／下降沿調(diào)制PWM）和ＴＭ（增益調(diào)制技術(shù)）等專利技術(shù)?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(hù)（如電壓保護(hù)、過壓保護(hù)、過流保護(hù)、短路保護(hù)及過熱保護(hù)等）功能，其主動(dòng)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(yīng)用，這使得它們可以廣泛地應(yīng)用于ＰＣ電源、空調(diào)、大屏幕彩電、監(jiān)視器、ＵＰＳ、ＡＣ ａｄａｐｔｏｒ等眾多需要開關(guān)電源的應(yīng)用領(lǐng)域。ＣＭ６８００與ＣＭ６９０３的軟啟動(dòng)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(jià)比。本文僅介紹大功率產(chǎn)品ＣＭ６８００的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及應(yīng)用。

２ CM6800/1的主要特點(diǎn)
CM6800/1內(nèi)含脈寬調(diào)制控制器，能促進(jìn)小型低成本大容量電容在開關(guān)電源設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。同時(shí)該產(chǎn)品還可降低電力線路負(fù)載，減小場(chǎng)效應(yīng)管的應(yīng)力，從而設(shè)計(jì)出完全符合ＩＥＣ－１０００－３－２規(guī)范的開關(guān)電源產(chǎn)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；
●通過ＶＩＮ ＯＫ可保證以２．５Ｖ而不是１．５Ｖ運(yùn)作PWM；
●具有同步的前沿PFC及后沿PWM；
●為超快PFC響應(yīng)提供有高轉(zhuǎn)換率誤差放大器；
●具有低啟動(dòng)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(chǔ)電容可減小紋波電流；

●具有平均電流控制模式，同時(shí)具有連續(xù)或非連續(xù)工作模式的ｂｏｏｓｔ型前沿PFC；
●內(nèi)含ＶＣＣ ＯＶＰ 比較器，可低功率檢測(cè)；
●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(diào)節(jié)器改善電路的噪聲影響；
● 內(nèi)部含有斷電保護(hù)、過壓保護(hù)、欠壓鎖定(ＵＶＬＯ)、軟啟動(dòng)及電壓參考電路。

３ CM6800/1的引腳功能及參數(shù)
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(shù)
CM6800/1的主要參數(shù)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(nèi)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(dòng)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。

４ CM6800/1的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理
CM6800/1的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖２所示，它由一個(gè)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(diào)制方式，而PFC則用上升沿（前沿）調(diào)制。這種前、后沿調(diào)制專利技術(shù)的運(yùn)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(shù)校正和大量的保護(hù)功能，其中包括軟啟動(dòng)、PFC過壓保護(hù)、峰值電流限制、斷電保護(hù)、占空比限制及欠壓鎖定等。
由圖２可知，PFC部分由增益調(diào)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(diào)節(jié)器是PFC的主要部分，它可以對(duì)干線電壓波形、頻率、RMS線上電壓、PFC輸出電壓以及整個(gè)電流反饋的響應(yīng)進(jìn)行控制。PWM部分由脈寬調(diào)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(dòng)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(nèi)部同步問題，其同步特性簡化了PWM的補(bǔ)償電路，它主要靠PFC的輸出電容（即PWM輸入電容）來對(duì)紋波進(jìn)行控制，而且PWM的工作頻率與PFC相同。

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

這種控制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)之一是只需要一個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘，開關(guān)１（ＳＷ１）斷開和開關(guān)２（ＳＷ２）接通可在同一瞬間將瞬時(shí)的“ｎｏ－ｌｏａｄ”周期減至最小，從而通過開關(guān)作用得到較低的紋波電壓?同時(shí)在同步開關(guān)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(yīng)用
CM6800/1集成芯片可廣泛應(yīng)用于大功率開關(guān)電源中，圖５是CM6800/1芯片以電流模式工作的應(yīng)用電路，圖６是芯片工作在電壓模式的應(yīng)用電路。在電流模式應(yīng)用中，ＲＡＭＰ２端的信號(hào)可直接從電流感應(yīng)電阻Ｒ１９得到，且在變換器的輸出期間為一個(gè)典型的電流。同時(shí)，ＤＣＩＬＩＭＩＴ可用于提供周期性的限制電流，在該應(yīng)用中，它可直接和ＲＡＭＰ２連在一起，而且ＤＣＩＬＩＭＩＴ輸入還可用于輸出進(jìn)行過流保護(hù)。而在電壓模式應(yīng)用時(shí)，ＲＡＭＰ２端和一個(gè)ＲＣ定時(shí)電路（Ｒ６２、Ｃ５０）連接在一起，可產(chǎn)生一個(gè)斜坡電壓，其最小值為０Ｖ，最大值約為５Ｖ。需要說明的是：應(yīng)用與PFC輸出相連接的前饋電路可為PWM提供一個(gè)理想的周期斜坡信號(hào)，這對(duì)改善其線性規(guī)則的準(zhǔn)確性和響應(yīng)有一定幫助。
（轉(zhuǎn)自 中國電子網(wǎng)）


文章作者：安徽合肥解放軍電子工程學(xué)院 馬國勝 安徽合肥解放軍炮兵學(xué)院 田 野