固定頻率PWM控制器的傳統(tǒng)同步方法和局限性

本應用筆記中介紹的材料使用戶能夠簡單，廉價地將固定頻率PWM控制器同步到寬范圍（> 2x）的頻率。讀者了解了為什么需要同步，并向讀者展示了一種流行的單頻同步方法及其局限性。接下來，將介紹寬頻率范圍同步的主題，并使用基于鎖相環(huán)（PLL）的新穎方法介紹框圖。給出了一個實際的設計示例，并附有設計公式和用于將ML4824-1同步至25kHz至75kHz范圍內(nèi)的任何頻率的示意圖。所示電路可與任何使用RC產(chǎn)生的振蕩器電壓斜坡的控制器一起使用。

介紹

同步在交流應用中尤其必要，因為如果頻率不匹配，電源將無法為正在運行的系統(tǒng)供電。然而，在這樣做的過程中，該系統(tǒng)容易受到外部噪聲的影響，從而降低了其可靠性。本應用筆記將討論將飛兆半導體ML4824電源控制器同步到寬頻率范圍的過程。

本應用筆記中介紹的材料使用戶能夠簡單，廉價地將固定頻率PWM控制器同步到寬范圍（> 2x）的頻率。讀者了解了為什么需要同步，并向讀者展示了一種流行的單頻同步方法及其局限性。接下來，將介紹寬頻率范圍同步的主題，并使用基于鎖相環(huán)（PLL）的新穎方法介紹框圖。給出了一個實際的設計示例，并附有設計公式和用于將ML4824-1同步至25kHz至75kHz范圍內(nèi)的任何頻率的示意圖。所示電路可與任何使用RC產(chǎn)生的振蕩器電壓斜坡的控制器一起使用。

為什么要同步？

在計算機和電信行業(yè)中發(fā)現(xiàn)的許多電子電路對它們的開關(guān)電源所產(chǎn)生的外部噪聲很敏感。用于降低切換器輸出噪聲的更常見方法是無源濾波器和線性穩(wěn)壓器。兩者都插入電源的輸出和電路的輸入之間。無源濾波器通常由一個或多個LC濾波器級組成。這些組件，特別是電感器，很昂貴并且占用大量的電路板空間。線性穩(wěn)壓器通常是低壓差（LDO）類型，價格昂貴，并且比無源LC組件更容易出現(xiàn)故障。

通常，開關(guān)噪聲會干擾敏感電路，因為它與系統(tǒng)時鐘頻率異步。舉例來說，涉及D / A和A / D轉(zhuǎn)換器的某些測量（或轉(zhuǎn)換）在每個系統(tǒng)時鐘周期內(nèi)執(zhí)行一次。如果系統(tǒng)時鐘和控制器頻率不相等且被“鎖相”，則在后續(xù)轉(zhuǎn)換過程中貢獻的開關(guān)噪聲量將不相等。從數(shù)字轉(zhuǎn)換為音頻時，結(jié)果可能是明顯的嗡嗡聲或嗡嗡聲疊加在重建的音頻信號上。但是，如果控制器頻率被鎖相到系統(tǒng)時鐘，則噪聲會在每個測量時間的“邊緣”發(fā)生，從而被排除在轉(zhuǎn)換之外?；蛘撸肼曉诿總€周期中同時發(fā)生并平均化，對信號沒有不利影響。

傳統(tǒng)同步方法和局限性

幾乎所有的開關(guān)模式控制器都包含從線性電壓斜坡產(chǎn)生振蕩器的電路。要設置振蕩器頻率，用戶可以從制造商提供的圖形或公式中選擇一個外部電阻器和電容器。

典型的控制器振蕩器電路

圖1顯示了典型控制器的內(nèi)部振蕩器和外部頻率設置組件。圖2顯示了在定時電容器CT兩端出現(xiàn)的最終電壓斜坡。

控制器振蕩器電壓斜坡

電壓斜坡產(chǎn)生振蕩器，并且是內(nèi)部電壓比較器的輸入。將該斜坡電壓與誤差放大器的輸出電壓進行比較，以根據(jù)需要改變占空比。因此，電壓斜坡在整個上升沿必須是線性的。圖3顯示了一種簡單且廉價的將控制器與系統(tǒng)時鐘同步的方法。要使控制器同步，其自由運行頻率必須為系統(tǒng)時鐘的85％至95％。

控制器振蕩器電路（具有外部同步）

然后，如果同步波形的幅度足夠大，則控制器將鎖定系統(tǒng)時鐘。這種方法始終將控制器的斜坡放電事件（下降沿）鎖定到系統(tǒng)時鐘的上升沿。

結(jié)論

當需要同步電源控制器或必須采取有益的措施時，應避免使振蕩器的電壓斜坡降級。如圖所示，即使在同步到單個頻率時，也可能由于將同步脈沖添加到斜坡而導致性能下降。由于組件的公差，控制器振蕩器的跳閘電壓以及放電電流產(chǎn)生的變化，這種情況甚至會變得更加嚴重。當使用控制器振蕩器作為VCO時，使用PLL可以保證斜坡電壓的完整性，并消除了元件容差的影響。為了實現(xiàn)更寬的頻率范圍同步，必須使用PLL才能使控制器正常工作，而又不存在現(xiàn)有解決方案的成本和復雜性。

編輯：hfy