全集成、部分集成和分立開關(guān)電源方案比較分析
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數(shù)字實(shí)現(xiàn)
PWM控制器的數(shù)字實(shí)現(xiàn)具有許多優(yōu)于模擬實(shí)現(xiàn)的優(yōu)勢，包括相對復(fù)雜算法的精確執(zhí)行、無需硬件修改的再配置以及便利的參數(shù)調(diào)整、測試及校準(zhǔn)等。數(shù)字實(shí)現(xiàn)框圖如圖6所示。我們所建議的數(shù)字實(shí)現(xiàn)IC采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)來提供反饋電壓信號，Δ－Σ ADC則采用過采樣及十取一技術(shù)來濾除紋波。
主時(shí)序發(fā)生器控制PWM控制器的所有時(shí)序，它由振蕩器系統(tǒng)驅(qū)動，故所有時(shí)序都互相跟蹤并同步。時(shí)序發(fā)生器為一個(gè)從零開始并計(jì)數(shù)至最終值的二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器在每周期結(jié)束時(shí)復(fù)位，并重復(fù)此過程。最終計(jì)數(shù)值由一個(gè)線性反饋移位寄存器確定。最終值至少為6?次計(jì)數(shù)，最高可以達(dá)到127次。可以通過改變周期來減少EMI，該操作由抖動控制(dither command)模塊來實(shí)現(xiàn)，空、最小及最大占空比都由該模塊產(chǎn)生。軟啟動及電壓模式控制可減小最大占空比。
由于是數(shù)字實(shí)現(xiàn)，故IC的許多參數(shù)可在晶圓級進(jìn)行調(diào)整，這些調(diào)整選項(xiàng)不僅能實(shí)現(xiàn)芯片的靈活性及芯片的多樣性，而且還能為電源設(shè)計(jì)工程師提供各種設(shè)計(jì)選項(xiàng)來縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。主要調(diào)整選項(xiàng)包括：
開關(guān)頻率：65kHz至256kHz
電流限制 ：300mA至500mA
電壓/電流模式：可選
頻率抖動：開/關(guān)
頻率抖動
IC擁有旨在減少EMI輻射的工廠可編程頻率抖動特性，可對多種抖動進(jìn)行編程以滿足EMI要求。
跳周期模式
當(dāng)達(dá)到最小PWM占空比(約3%)時(shí)，IC即進(jìn)入輕負(fù)載的跳脈沖工作模式。跳脈沖工作可顯著提高輕負(fù)載時(shí)的工作效率。
關(guān)斷與自動重啟
如果遇到輸出短路或過載情況，則偏置線圈電壓會跌至關(guān)斷閥值(約3.5V)以下，PWM即停止工作并進(jìn)入重啟程序。
應(yīng)用舉例
如圖3所示，采用我們所建議的PWM控制器IC開發(fā)一種5W通用輸入電源以驗(yàn)證其工作及靈活性，圖中未繪出EMI線濾波器。我們采用3端PWM控制器U1及通用高壓場效應(yīng)晶體管Q1作為開關(guān)元件，且設(shè)計(jì)已經(jīng)過成本及空間使用效率優(yōu)化。如上所述，齊納二極管ZR1將晶體管Q1的柵極電壓箝位在14V上，Q1源極端與控制器的SW引腳相連以用于開關(guān)驅(qū)動及電流檢測。輸出電壓通過光耦I(lǐng)SO1檢測，并通過電阻分壓網(wǎng)絡(luò)R7及R8編程。ZR2提供準(zhǔn)確的參考電壓以及將輸出電壓調(diào)節(jié)到最穩(wěn)定的電壓范圍的誤差放大器功能。在此應(yīng)用中，是在130kHz開關(guān)頻率、400 mA限制及電流模式控制上對控制器進(jìn)行調(diào)整。
圖3所示電源的參數(shù)如下：
輸入交流電壓：85至265VAC；輸入頻率：47至 63 Hz；電壓：6.2VDC；電流(連續(xù))：800 mA；線路(輸入電壓)調(diào)節(jié)： (1%；負(fù)載調(diào)節(jié)： (3%；輸出紋波：100mVpp；工作溫度：0 至40 (C；效率(滿負(fù)載，高輸入電壓)：70%；空載功耗：200mW。
實(shí)驗(yàn)室評估結(jié)果表明，該電源能很好地滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。電源上電的過沖很小，只有大約5ms的上升時(shí)間；在高輸入及滿負(fù)載輸出穩(wěn)態(tài)工作條件下的輸出紋波大約為50mVpp；負(fù)載調(diào)節(jié)大約為(2.7%(包括電纜損耗)，輸入電壓調(diào)節(jié)約為0.3%；滿負(fù)載效率約為80%；空載功耗隨輸入電壓的增加而增加，在240Vac輸入上測得的指標(biāo)約為140mW。
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