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新一代單片PFC+PWM控制器
摘要：CM6800是美國CMC半導體公司生產的新一代單片PFC+PWM控制器，該芯片采用了LETE（同步前沿PFC／后沿PWM技術）等多項專利技術，從而減小了電路中的濾波電容值且不再需要前饋電阻，同時具有綠色模式、軟啟動、故障檢測、欠壓、過壓保護等功能，其主動式PFC（功率因子校正）可使功率因子接近于１。文中介紹了CM6800的主要特點、引腳功能及內部結構，給出電壓模式及電流模式的應用電路。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）(范文先生網www.ycxgx.cn收集整理)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，同時具有連續或非連續工作模式的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
引腳編號 名 稱 引腳說明 工作電壓 Min. Typ. Max. Unit 1 IEAO PFC電流誤差放大器輸出 0 4.25 V 2 IAC PFC增益控制參考輸入 0 1 mA 3 ISENSE PFC限流比較器的電流監測輸入 -5 0.7 V 4 VRMS PFC RMS線上的電壓補償輸入 0 6 V 5 SS PWM軟軟啟動電容的連接點 0 8 V 6 VDC PWM電壓反饋輸入 0 8 V 7 RMP1（RTCT） 振蕩器頻率設定，可由外部RTCT電路設定頻率 1.2 3.9 V 8 RMP2(PWM RAMP) 當采用電流模式時，該引腳為測試電流輸入；當采用電壓模式時，該引腳為從PFC輸出的PWM輸入（斜坡電壓） 0 6 V 9 DC ILIMIT PWM限流比較器輸入 0 1 V 10 GND 接地腳 11 PWM OUT PWM驅動信號輸出 0 Vcc V 12 PFC OUT PFC驅動信號輸出 0 Vcc V 13 VCC 芯片正電源 10 15 20 V 14 VREF 內部7.5V參考電壓緩沖輸出端 7.5 V 15 VFB PFC電壓誤差放大器輸入 0 2.5 3 V 16 VEAO PFC電壓誤差放大器輸出 0 6 V
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 ＣＭ６８００／１的內部結構原理
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。
這種控制技術的優點之一是只需要一個系統時鐘，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，這對改善其線性規則的準確性和響應有一定幫助。
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