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新一代单片PFC+PWM控制器
新一代单片PFC+PWM控制器 关键词：PFC；PWM；
大功率开关电源；
占空比；
谐波干扰 １ 引言 美国ＣＭＣ半导体公司推出的单片ＰＦＣ＋ＰＷＭ控制器ＣＭ６８ｘｘ 和ＣＭ６９ｘｘ系列产品，由于采用了ＬＥＴＥ（上升沿调制ＰＦＣ／下降沿调 制ＰＷＭ）和ＴＭ（增益调制技术）等专利技术 从而使ＣＭ６８ｘｘ和ＣＭ６ ９ｘｘ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ＰＦＣ（功率因子校正）可使功率因子接近１。
ＣＭ６８ｘｘ系列和ＣＭ６９ｘｘ系列涵盖了从５０Ｗ到５０００Ｗ的应用，这 使得它们可以广泛地应用于ＰＣ电源、空调、大屏幕彩电、监视器、ＵＰＳ、Ａ Ｃ ａｄａｐｔｏｒ等众多需要开关电源的应用领域。ＣＭ６８００与ＣＭ６９ ０３的软启动电流仅为１００μＡ，其中ＣＭ６８００采用ＤＩＰ１６封装，Ｃ Ｍ６９０３为ＳＩＰ９封装，它们均具有极高的性价比。本文仅介绍大功率产品 ＣＭ６８００的结构、特点及应用。
２ ＣＭ６８００／１的主要特点 ＣＭ６８００／１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ＩＥＣ－１０００－３－２规范的开关电源产品。
ＣＭ６８００／１的主要特性如下：
●ＰＷＭ部分添加了反向限流；
●２３Ｖ Ｂｉ－ＣＭＯＳ处理；
图2 ●通过ＶＩＮ ＯＫ可保证以２．５Ｖ而不是１．５Ｖ运作ＰＷＭ；
●具有同步的前沿ＰＦＣ及后沿ＰＷＭ；
●为超快ＰＦＣ响应提供有高转换率误差放大器；
●具有低启动电流(１００μＡ ｔｙｐｅ．)和低工作电流(３．０ｍＡ ｔ ｙｐｅ．)特性；
●低ＴＨＤ、高ＰＦ；
●利用ＰＦＣ与ＰＷＭ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ｂｏｏｓｔ型 前沿ＰＦＣ；
●内含ＶＣＣ ＯＶＰ 比较器，可低功率检测；
●ＰＷＭ电路既可以采用电流模式，也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(ＵＶＬＯ)、软启动及电压参 考电路。
３ ＣＭ６８００／１的引脚功能及参数 ３．１ 引脚功能 ＣＭ６８００／１电源控制器具有ＳＯＰ－１６（Ｓ１６）和ＰＤＩＰ－ １６(Ｐ１６)两种封装形式，两种封装的工作温度范围均为－４０℃～＋１２ ５℃，图１所示是ＣＭ６８００／０１的引脚排列图。表１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 引脚编号名 称引脚说明工作电压Min.Typ.Max.Unit1IEAOPFC电流误差 放大器输出0 4.25V2IACPFC增益控制参考输入0 1mA3ISENSEPFC限流比较 器的电流监测输入-5 0.7V4VRMSPFC RMS线上的电压补偿输入0 6V5SSPWM软软启动电容的连接点0 8V6VDCPWM电压反馈输入0 8V7RMP1（RTCT）振荡器频率设定，可由外部RTCT电路设定频率1.2 3.9V8RMP2(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 6V9DC ILIMITPWM限流比较器输入0 1V10GND接地脚 11PWM OUTPWM驱 动信号输出0 VccV12PFC OUTPFC驱动信号输出0 VccV13VCC芯片正电源 101520V14VREF内部7.5V参考电压缓冲输出端 7.5 V15VFBPFC电压误差放 大器输入02.53V16VEAOPFC电压误差放大器输出0 6V ３．２ 主要参数 ＣＭ６８００／１的主要参数如下：
● 器件最高工作电压Ｖｃｃ为２３Ｖ；
● ＰＦＣ最大输出电流为１Ａ；
● ＰＷＭ最大输出电流为１Ａ；
● ＩＡＣ最大输入电流为１ｍＡ；
● ＩＲＥＦ最大输入电流为１０ｍＡ；
● ＰＦＣ、ＰＷＭ的输出电压范围均为(ＧＮＤ－０．３)～(ＶＣＣ＋０． ３)Ｖ；
● ＩＥＡＯ 脚的电压为０～４．５Ｖ；
● 片内振荡器的振荡频率：６６～７５．５ｋＨｚ(ＴＡ＝２５℃)；
● ＰＦＣ占空比范围为０～９５％；
● ＰＷＭ占空比范围为０～４９．３％；
● 软启动电流典型值为１００μＡ；
● 操作电流典型值为３．０ｍＡ；
● 欠压锁定门限电压典型值为１３Ｖ。
图5４ ＣＭ６８００／１的内部结构原理 ＣＭ６８００／１的内部结构框图如图２所示，它由一个平均控制电流以 及连续的ｂｏｏｓｔ同步前沿ＰＦＣ和后沿ＰＷＭ组成，其中ＰＷＭ既可用于电 流模式又可用于电压模式。而在电压模式中，与ＰＦＣ输出相接的前馈控制电路 可改善ＰＷＭ的线性控制规则；
在电流模式中，ＰＷＭ通常用下降沿（后沿）调 制方式，而ＰＦＣ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ＰＦＣ的误差放大器具有较宽的带宽，而且能够有效地减小与ＰＦＣ ＤＣ 端相连的电容的尺寸。
ＣＭ６８００／１具有功率因数校正和大量的保护功能，其中包括软启动、 ＰＦＣ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２可知，ＰＦＣ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、ＰＦＣ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ＰＦＣ的主要部分，它可以对干线电压波形、频率、ＲＭＳ线上电压、 ＰＦＣ输出电压以及整个电流反馈的响应进行控制。ＰＷＭ部分由脉宽调制器、 ＰＷＭ限流比较器、ＶＩＮ ＯＫ比较器、ＰＷＭ控制（ＲＡＭＰ２）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ＰＦＣ部分的内部同步问题，其同步特性简化了ＰＷ Ｍ的补偿电路，它主要靠ＰＦＣ的输出电容（即ＰＷＭ输入电容）来对纹波进行 控制，而且ＰＷＭ的工作频率与ＰＦＣ相同。
图6 ＣＭ６８００／１突出的优点是采用了同步的前沿ＰＦＣ和后沿ＰＷＭ调 制技术。ＰＷＭ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定其 后沿调制的有效占空比，图３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４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１（ＳＷ１）断开 和开关２（ＳＷ２）接通可在同一瞬间将瞬时的“ｎｏ－ｌｏａｄ”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１２０Ｈｚ的ＰＦＣ的输出纹波电压改善３０％。
５ ＣＭ６８００／１的应用 ＣＭ６８００／１集成芯片可广泛应用于大功率开关电源中，图５是ＣＭ ６８００／１芯片以电流模式工作的应用电路，图６是芯片工作在电压模式的应 用电路。在电流模式应用中，ＲＡＭＰ２端的信号可直接从电流感应电阻Ｒ１９ 得到，且在变换器的输出期间为一个典型的电流。同时，ＤＣＩＬＩＭＩＴ可用 于提供周期性的限制电流，在该应用中，它可直接和ＲＡＭＰ２连在一起，而且 ＤＣＩＬＩＭＩＴ输入还可用于输出进行过流保护。而在电压模式应用时，ＲＡ ＭＰ２端和一个ＲＣ定时电路（Ｒ６２、Ｃ５０）连接在一起，可产生一个斜坡 电压，其最小值为０Ｖ，最大值约为５Ｖ。需要说明的是：应用与ＰＦＣ输出相 连接的前馈电路可为ＰＷＭ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。
