一、CM6806功能和特点:
1. PFC-PWM为绿色模式,能满足“蓝角”及“能源之星”的技术规范。
2. 绿色模式下PWM可以跨越周期工作。
3. 采用RAC作起动电阻,用5MΩ以上电阻接于IAC端子。
4. 也可用高压NPN晶体管起动,以实现绿色模式。
5. 容易作成跟随BOOST模式的PFC,以提高低线时的转换效率。
6. 外围元器件最少的PFC及PWM合成IC。
7. PFC与PWM在IC内同步,简化了EMI处理。
8. 专利的慢速增强型电压误差放大器具有先进的输入电流均衡能力。
9. 可以设计成CCM的BOOST或DCM的BOOST,采用前沿调制。
10. 前馈的IAC自动完成斜率补偿。
11. PFC的OVP、Vcc的OVP、精密的-1V PFC I限制、PFC触发故障检测比较器可满足UL1950安规要求。
12. 100μA典型的低起动电流,2mA的典型工作电流。
13. 前沿调制PFC,后沿调制PWM,两者同步,减小Bulk电容纹波。
14. VINOK比较器确保PFC达标后的PWM使能。
15. PWM的最大占空比精确为50%。
16. 具有UVLO、REF OK及布朗保护。
17. 数字式的1Oms PFC及PWM软起动。
18. PWM的1.5V精密限流阈值。
19. PWM trifault端可检测DC/DC短路,并在GM th关断PFC。
20. PWM trifault还可在外部作OTP。
二、CM6806引脚功能
三、CM6806内部方框图
四、CM6806主要功能和电路分析
该器件由输入电流均衡技术(ICST)组成CCM或DCM方式的BOOSTPFC前端电路并去同步PWM部分,它们是FAN4803(8PIN)的改进型,它继承了ML4803先前的少端子,少外围元器件的优点。创新的输入电流均衡技术,使其有非常低的起动电流及工作电流,PWM部分为峰值电流型工作,为传统后沿调制,对应PFC的前沿调制,减小了Bulk电容上的纹波电流,主要改进之处如下:
1)增加绿色电源工作模式。
2)移去单端子误差放大器,加入慢速增强的Gmv,即跨导电压放大器,它用电流输入取代了电压输入,此跨导放大器比传统放大器增加了5~lO倍的瞬态响应能力。
3)加入PFCOVP比较器于VFB端。
4)PFCTRifault检测给UL1950达标增加了安全性。
5)从IAC的前馈信号端加入自动的斜率补偿,这就增加了信号对噪声的比值,在轻载时或高线时的THD得到改善。
6)CM6805A-BCM6806不需要导流电阻,因而可以在IAC端与整流器之间用大于800kΩ的电阻,在芯片唤醒之前馈入起始电流。
7)VINOK比较器的加入保证了PWM枉VFB未达到PFC升压输出之前不工作,直到VFB达到2.5V时(PFC380V时)PWM才起动。
8)10ms的计数PWM软起动电路。
9)1OPINSOP封装,实现小型化。
10)去掉内部齐纳,加入VccOVP比较器。
各保护功能的加入,包括软起动、冗余的PFC过电压保护、PFCTrifualt检测、VINOK、峰值电流限制、占空比限制、欠电压锁定基准OK比较器及VccOVP。
(1)保护功能。IAC端经前馈电阻RAC(0.8~5MΩ)接于整流后的线路电压,它有两个功能。首先,在起动时,它供给起动电流,因而系统无需附加其他元件起动。其次,RAC电流用于调节系统的斜率补偿,此前馈信号可增加信噪比,改善高线及轻载时的稳定性。
ISENSE此端检测的输入电流,相对IC的GND,其为负电平,在IC内作逐个脉冲限流及电流反馈信号,ILIMIT触发电平为-1V,其送至内部乘法器,用其四倍增益与内部斜波比较来设置PFC的占空比。升压电感电流下斜波在内部受控调节,决定BOOST部分的关断时间。需要在ISENSE与PFC的BOOST检测电阻之间加一个RC滤波器。
VEAO端可PFC的慢速率增强跨导放大器输出,它需要接一个补偿网络到地。
VFB端为跨导放大器的输入端,它还涉入保护比较器PFCOVP及PFCtrifault的检测。
V+1端用于一次侧PWM电流检测电阻或互感器,它提供内部逐个脉冲式限流给PWM级,为PWM级峰值电流型的反馈通路。此外,光耦反馈信息也送到V+1端。因此,它是放大器输入的合成端子。
软起动可在下面条件下起动:
1)Vcc低于1OV时。
2)DC部分输出短路。
PWMtrifault端监视DC/DC部分的故障,PWMtrifault监视器的电压由光耦输出电流来传输。当输出短路时,光耦及TL431没有电流驱动,因此,PWMtrifaulI将上升到Vcc。
当PWMtrifault达到(Vcc-0.7V)时,软起动开始触发PWMOUT,令其关断;当负载很轻时,TL431将增大光耦电流,此时PWMtrifault低于(Vcc-1.4)/2,这即是低于CMth-绿色模式的阈值,PFCOUT将关断,此阈值GMth可由用户调节,典型为20%的满负载比率。
Vcc为IC供电端,Vcc起动电流为1OOμA,空载Icc电流为2mA,Vcc静态电流包括IC偏置电流及PFCPWM输出驱动电流,给定了工作频率及功率MOSFET的栅电荷Qg之后,平均PFC及PWM输出电流即可计算出来,IOUT=Qf。栅驱动变压器的磁化电流也应包括。Vcc端电压若正比于PFC输出电压,则Vcc的OVP比较器设在17.9V,作为PFC级的过电压保护。Vcc还供给内部UVLO电路及VREOK比较器,使其在13V起动,10V禁止。Vcc必须很好地用瓷电容旁路,要紧靠IC相应端子放置,这样才能确保IC稳定工作。
Vcc典型由升压电感加一个辅助绕组供电,因而此电压会正比于PFC的输出电压,因为VccOVP最大为17.9V,所以外部加入一支并联齐纳限制Vcc电压不超出可接受的电压值。如图4-9所示。这就限制了最大的Vcc电压,还要在Vcc处加一个RC滤波器,放在Vcc绕组与Vcc端子之间。
PFCOUT和PWMOUT分别为大电流功率驱动输出端,供出+0.5A漏入-1A,在Vcc低于UVLO阈值时,VREFOX比较器为低电平,两输出为低。
(2)功率因数校正。功率因数校正使一个非线性的负载变成一个看上去像AC线路上的电阻负载。对电阻负载,在每相中从线路中流过的电流正比于线路电压,所以功率因数为1。非线性负载的特性是多数直流源共有的,用一个整流桥及电解电容滤波,峰值充电的结果导致高幅度的脉冲电流流过线路,它比正弦电流大得多且与电压相位不同,这种电源的功率因数小于1。如果输入电流这样供电会使电网零线电流加倍并导致故障。
为保持输入电流与AC电压同相位并正比于输入电压,加入此PFC部分。
CM6805A-B/06的PFC采用BOOST型DC/DC来宾现,输入到变换器的是经整流的全波AC线路电压,无大电容直接加在整流桥后,输入电压对此BOOST变换器从0到AC的峰值,再回到0。
用强制BOOST变换器满足两个条件,以保证输入电流跟随线路电压:①是输出电压要高于峰值AC电压,设为385V(应对AC265V);②是电流瞬时值正比于AC线路电压。
PFC的控制,具有输入电流成形技术的前沿调制方法(ICST)。传统PFC控制与ICST技术的不同在于变换器控制方法的电流环是闭环方法,它需要细致地了解系统环路增益来设计。用ICST法,因电流环为开环,它非常直接地进行实施。
任何PFC系统的最终结果要使电源像直流低频电阻负载,让电流与电压同相位。
在传统控制器中,它强制电流跟随输入电压,而在CM6805A-B/CM6806中,芯片令 BOOST变换器像低频电阻负载,其占空比要按下面方式调节。
3)前沿及后沿调制。传统脉宽调制技术都采用后沿调制,在系统时钟的后沿时刻,将功率MOSFET开启,误差放大器输出随后与调制斜波比较,当斜波达到误差放大器输出电平时,将开关关断。在开关导通时,电感电流上升。后沿调制的占空比取决于开关导通间隔。下图示出典型后沿调制控制电路及波形。
在前沿调制时,开关关断是在系统时钟的前沿处某个时间,当调制斜波达到误差放大器输出电压时,开关仍将导通。前沿调制的有效占空比取决于开关的关断时段,下图示出典型前沿调制控制电路及波形。这种方法的优点之一是它仅需要一个系统时钟,开关l(SW1)关断,开关2(SW2)开启在同一瞬间,从而减小了空载的时间间隔,于是,开关产生的纹波电压较小。有这样的同步开关,第一级的纹波电压减小了,以120Hz的PFC输出纹波电压计,减小了30%,从而减小了高压Bulk电容的损耗。
五、CM6806典型应用电路
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