CM6805A中文版

CM6805A 十脚绿色节能 PFC/PWM 二合一控制器 ? 概述： CM6805A 是一种应用于台式电脑和高密度适配器的绿色节能 PFC/PWM 二合一控制 器。对于开关电源来说，它的输入电流整型的 PFC 的性能与 CM6800 和 ML4800 的性能非 常接近，都是上升沿触发的平均电流控制模式。 CM6805A 容许使用较小的低损耗的 bulk 电容，降低电源线性负载与开关 FET 所受 的压力，使开关电源能完全符合 IEC-1000-2-3 的规格。CM6805A 包括的电路有上升沿 触发的控制模式、 输入电流整形技术的升压型的 PFC 和及下降沿触发的电流控制模式的 PWM。 CM6805A 的 PFC 与 PWM 在同一个频率（67.5KHZ）下工作。一旦负载突然降低，则 过电压比较器会立即关掉 PFC。为了强化系统的可靠性，PFC 亦具有峰值电流限制保护 作用。 PFC 有一个 PFCOFFB 引脚，当 AC 输入电压过低时，它能决定 GMth 去关闭 PFC。 ? 特征 ? 10 针 SOIC 封装 ? 在 IAC 脚用大约 48M的电阻 ? 便于配置升压跟随器 ? 带有 PFC 的电源允许有最小的 BOM ? 集 PFC 和 PWM 于一个 IC ? 应用高级的输入电流整形技术设计的专有的转换速率加强型电压误差放大器 ? 通用的线输入电压 ? 利用输入电流整形技术，上升沿触发的控制模式的 CCM 升压和 DCM 升压 ? 前馈的 IAC 引脚自动完成斜率补偿 ? PFC 过压保护、VCC 过压保护、精确的-1V PFC 限制保护，符合 UL1950 的 PFC 三重故障检测比较器 ? 低电流供应，启动电流：100uA；工作电流：2mA ? 同步的前沿控制模式的 PFC 和后沿控制模式的 PWM 能够减少在 PFC 与 PWM 之间 的存储电容器的纹波电流，也可以减少系统的开关噪声 1 ? VIN-OK 比较器能确保在 PFC 达到稳态时，启动 PWM ? 高效率的后沿电流模式的 PWM ? PWM5 最大占空比为 50% ? UVLO、REFOK 和欠压保护 ? 数字的 PFC 和 PWM 软启动：10ms ? 电流工作模式时，精确的 PWM 电流限制为 1.5V ? PFCOFFB 引脚检测到轻载或是输入电压过低时关闭 PFC ? 应用 ? 台式机 ? 适配器 ? 开放式电源 ? 引脚排列 2 3 ? 引脚功能描述 工作电压 引脚 符号 描述 最小 典型 最大 单位 1 GND 地 2 IAC 前馈输入去完成斜率补偿和 启动系统。在启动期间，IAC 是一直连接 VCC，直到 VCC 大于 13V。 0 1 mA 3 Isense 将检测的电流输入到 PFC 电 流限制比较器 -5 0.7 V 4 VEAO PFC 跨导电压误差放大器输 出 0 6 V 5 VFB PFC 跨导电压误差放大器输 入 0 2.5 3 V 6 V+I PWM 反馈和电流限制比较器 输入 0 1.5 V 7 PFC OFFB PFC低于5V时， 它会关闭PFC0 VCC V 8 VCC 正电压 10 15 18 V 9 PFC OUT PFC 驱动输出 0 VCC V 10 PWM OUT PWM 驱动输出 0 VCC V ? 订购须知 Initial Accuracy(KHZ) 零件号码 工作频率 MIN TYPE MAX 温度范围 封装 CM6805AGIR* Fpwm=Fpfc= 67.5KHZ 60 67.5 74 -40 125 10 pin ssop(R10) 注： 1G：无铅产品 2Initial Accuracy TA=25 ? 方框图 ? 绝对最大额定值 绝对最大额定值是指器件会被永久损坏的值。 参数 最小 最大 单位 Vcc MAX 20 V IAC(启动前) GND-0.3 VCC+0.3 V IAC(启动后) GND-0.3 1.0 V Isense 电压 -5 0.7 V PFC OUT GND-0.3 VCC+0.3 V PWM OUT GND-0.3 VCC+0.3 V VEAO 0 6.3 V PFC OFFB GND-0.3 VCC+0.3 V 任一脚电压 GND-0.3 VCC+0.3 V Icc 平均电流 40 mA 4 PFC OUT 尖峰电流，源电流或灌电流 0.5 A PWM OUT 尖峰电流，源电流或灌电流 0.5 A PFC、PWM 每周期的能量 1.5 uJ 结点温度 150 存放温度范围 -65 150 工作温度范围 -40 125 主要温度（软焊） 160 热阻（JA） 80 /W ? 电气特性 没有特别说明，这些规格适合 VCC=+14V，TA 在工作温度范围内。 CM6805A 序 号 参数 测试条件 最小 典型 最大 单位 电压误差放大器（） 电压误差放大器（） VGM 输入电压范围 0 5 V 跨导 NONINVV= ，VEAO=.3.75 INIVV30 65 90 umho 反馈参考电压 2.45 2.5 2.55 V 输入偏压电流 标注 2 -0.5 -1.0 uA 输出高电压 5.8 6.0 V 输出低电压 0.1 4.0 V 灌电流 VFB=3V，VEAO=6V -35 -20 uA 源电流 VFB=1.5V，VEAO=1.5V 30 40 uA 开环增益 50 60 dB 电源减弱系数 11VVCC16.5 50 60 dB IAC IAC 输入阻抗 Isense=0V,TA=25 35K 40K 50K Ohm VCC OVP 比较器 VCC OVP 比较器 门坎电压 17.3 17.9 18.5 V 5 磁滞 1.3 1.5 1.75 V PFC OVP 比较器 PFC OVP 比较器 门坎电压 2.64 2.77 2.85 V 磁滞 230 300 mV PFC PFC LIMITI比较器 比较器 门坎电压 -1.05 -1 -0.95 V 输出延迟 150 300 ns VIN OK 比较器 VIN OK 比较器 门坎电压 2.16 2.26 2.36 V 磁滞 800 mV PWM 软启动 PWM 软启动 数字软启动计 时器 启动后正常工作 10 ms V+I V+I 门坎电压 正常启动 1.38 1.5 1.62 V 输出延迟 ns 门坎电压 软启动条件下 100 150 200 mV PFC 三重故障检测 PFC 三重故障检测 故障检测高电 压 正常启动 2.70 2.77 2.85 V 故障检测时间 VFB=Vfoult detect low To VFB=OPEN,470uF from VFB to GND 2 4 ms 故障检测低电 压 0.4 0.5 0.6 V PFC OFFB PFC OFFB PFC OFFB 低 门坎电压 PFC OFFB 4.75 5.0 5.25 V 磁滞 350 500 600 mV PFC 频率 PFC 频率 6 7 电压稳定度 10VVCC15V 1 % 温度稳定度 2 % 总变化量 Line ,temp 60 67.5 74 KHZ PFC 死区时间 0.3 0.45 0.65 us PFC PFC 最小占空比 IAC=100uA,VFB=2.55V, Isense=0V 1 % 最大占空比 IAC=0uA,VFB=2.0V, Isense=0V 90 95 % 输出低阻抗 15 22.5 Ohm IOUT=-100mA 0.8 1.5 V 输出低电压 IOUT=-10mA,VCC=8V 0.4 0.8 V 输出高阻抗 30 45 Ohm 输出高电压 IOUT=100mA,VCC=15V 13.5 14.2 V 上升/下降时 间（注 2） CL=1000pF 50 ns PWM PWM 占空比范围 IC 0-50 % 输出低阻抗 IAC=0uA,VFB=2.0V, Isense=0V 15 225 % IOUT=-100mA 0.8 1.5 V 输出低电压 IOUT=-10mA,VCC=8V 0.7 15 V 输出高阻抗 30 45 Ohm 输出高电压 IOUT=100mA,VCC=15V 13.5 14.2 V 上升/下降时 间（注 2） CL=1000pF 50 ns SUPPLY SUPPLY 启动电流 VCC=1V，CL=0F 100 150 uA 工作电流 VCC=15V，CL=0F 2 4.0 mA 欠压锁定临界 12.35 13 13.65 V 欠压锁定磁滞 2.7 3 3.3 V 注 1：限值是在最坏测试的条件下，100%抽样测试得来的。 注 2：设计可以保证，但是并非所有产品都经过测试。 ? 典型的性能特性曲线 电压误差放大器（）跨导 VGM ? 功能描述 CM6805A 包含输入整流（ICST） 、连续传导模式（CCM） 、间断传导模式（DCM） 、升压 型 PFC 的前端线路和同步 PWM 的后端线路。设计 CM6805A 是为了替代 8 管脚封装的 ML4803D 的第二代产品 FAN4803(8 脚 SOP 封装)。 与早期的二合一控制器不同的是它具有 很低的尖峰脉冲、创新的输入电流整形技术以及非常低的启动和工作电流。其 PWM 部分 致力于峰值电流模式操作。 它使用常规的下降沿触发模式， 而 PFC 使用上升沿触发模式。 这种具有专利的前后边沿调度技术能将 PFC 直流总电容器的纹波电流降至最小。 相比 ML4803 主要改进之处如下： 1、PFC 和 PWM 均增加了绿色节能模式。 2、去掉电流误差放大器输入管脚，增加了增强 GMv 转换速率的电压输入脚。相比常规 8 运算放大器，跨导放大器使暂态响应增加 5 至 10 倍。 3、VFB PFC OVP 比较器。 4、符合 UL1950 的 PFC 三重故障检测比较器，更加可靠。 5、IAC 前馈输入信号增加了自动斜率补偿功能。 这一举措增加了轻载时的信噪比。 进而 改善了轻载及高线性输入电压时的总谐波失真。 6、CM6805A 不需要漏电阻，在 IAC 脚与整流线性电压间用一 800k电阻来补偿启动前 的初始电流。 7、增加 VIN-OK 比较器确保在 VFB 达到 2.5V， 亦即典型值为 380V， PFC 处于稳态时， PWM 才会启动。 8、增加了一个 10ms PWM 数字软启动电路。 9、10 脚 SOP 封装。 10、无内部齐纳稳压二极管，具备 VCC OVP 比较器。 CM6805A 的 PFC 和 PWM 都在 67.5 KHZ 下运行。在 PFC 阶段，最小化开关损耗的同 时可以使用更小的磁性 PWM 和输出滤波器件。 M6805A 内部具有一些保护功能，包括软启动、PFC 过压保护、PFC 三重故障检测、 VIN-OK、峰值电流限制、 、占空比限制，欠压锁定、REF OK 比较器 OKPFCOFFB 和 VCCOCP。 管脚详细描述 管脚详细描述 IAC（2 脚） IAC（2 脚） 在这个管脚和整流线性电压之间，有一个 48M前馈电阻，RAC。 RAC 的电流能够自动完成系统的斜率补偿。这一前馈信号增加了轻载和高输入电压时的 信噪比。 ISENSE（3 脚） ISENSE（3 脚） 这个管脚接一个能感应 PFC 输入电流的电阻。这个信号对地是负的。它内部具有一个脉 冲电流限比较器，而且可以产生电流检测反馈信号。极限断路电平是-1V。与内部已设定好 PFC 占空比的斜升相比，ISENSEISENSE 的反馈需要乘以一个 4 的增益。升压感应器电流负斜率与内 部的斜升的交集决定了升压的停歇时间。 在 ISENSE 和 PFC 升压检测电阻之间需要一个 RC 滤波器。 VEAO（4 脚） VEAO（4 脚） 这个管脚需要连接一个补偿地，是 PFC 转换速率增强型跨导放大器输出端。 VFB（5 脚） VFB（5 脚） 9 10 这个管脚除了是 PFC 转换速率增强型跨导放大器输入端之外，也连接了一对保护比较 器：PFC OVP 和 PFC 三重故障检测。 V+I（6 脚） V+I（6 脚） 这个管脚连接到 PWM 电流检测电阻或是变压器的原边。在 PWMPWM 阶段（1.5V） ，它提供了 内部脉冲电流限制以及在电流控制模式下的尖峰电流的反馈路径。除了电流的信息外，光偶 信息也进入该脚。所以，它是总放大器的输入端。 软启动是在开机后 10ms 左右（VCC 大于 13V）。 PFC OFFB（7 脚） PFC OFFB（7 脚） 当这个脚低于 5V 时，PFC 门驱动，PFC OUT 将关闭直到 PFC OFFB 大于 5.5V。当这个脚 低于 5V 时，VEAO 也会被拉低。 PFC OFFB 通常适用于 AC 节能或是绿色 PWM 情况下。 对于 AC 节能状态，PFCOFFB 可以用来检测桥式输入电压。 对于绿色 PWM 状态，它可以通过感应光偶电流来检测 PWM 负载。轻载时，光偶电流将增 加。流过 VCC 和 PFCOFFB 之间电阻的光偶电流能感应到轻载条件。当 PFC OFFB 低于 5V 时， PFC 会被关闭。 VCC（8 脚） VCC（8 脚） VCC 是 IC 的电源输入端。VCC 开启电流是 100uA。空载 ICC 电流是 2mA。VCC 的静止电 流包括 IC 的偏向电流和 PFC、PWM 的输出电流。在给定工作频率和 MOSFET 的栅电荷（Qg） 情况下，PFC 和 PWM 的输出电流可以这样计算：IOUT= Qg*F。对任一个门驱动变压器来说， 也包括平均磁化电流。VCC 脚也可以按 PFC 输出电压的比例进行设定。在内部与 VCC OVP 比 较器（17.9V）相连，提供快速的 PFC 过压保护。在内部，VCC 也与 UVLO 和 VREF OK 比较器 相连，在 13V 时启动 IC，0V 时关闭。VCC 应该旁路一个高质量的陶瓷电容器，尽可能接近 IC 放置。好的旁路对于 CM6805A 正常的工作起决定性作用。 VCC 是由升压感应器或是 PFC 扼流圈的一个空闲附加绕组产生的。提供一个与 PFC 输出 电压成比例的的电压。 因为 VCC OVP 最大电压是 17.9V,所以一个内部的分流器限制 VCC 过压， 使其达到一个可以接受的值。一个内部的电压钳位如图 1 所示，是一个理想的情况，但并不 是必需的。 图 1 可选择的 VCC 钳位 这限定了 VCC 的最大值，使其适应此 IC，同时当 VCC 足够高时，断开 VCC 实现 OVP。在 升压捕获绕组和 VCC 之间需要一个 RC 滤波器。 PFC OUT（9 脚）和 PWM OUT（10 脚） PFC OUT（9 脚）和 PWM OUT（10 脚） PFC OUT 和 PWM OUT 是大电流的功率驱动，它可以把尖峰电流提升到-1A 和 0.5A 来直接 驱动 MOSFET 的栅极。当 VREF OK 比较器为低或是 VCC 低于 UVLO 的界限值时，这两个输出都 会被主动拉低。 Power Factor Correction Power Factor Correction 功率因数较正可以把非线性负载转化为交流线路的阻性负载。对于一个电阻，从电源线 输入的电流与线电压同相，且与线电压成正例，所以功率因数为单位 1。一般的电源供应线 为非线性负载，从电源线输入后，经桥式整流和电容滤波。因为电源里的输入电容滤波器之 故，将会发生尖峰电荷效应，以致产生高振幅脉冲电流，使得电源线上的电流不再是与电压 同相位的正弦波。这样的电源使得电源功率因数小于 1（在电源的输入端产生极明显的电源 频率谐波电流） 。若电源的输入电流能随输入电压瞬间幅度变化，则从 AC 线端看来，就类似 纯电阻负载，亦能达到单位功率因数。 为使自电源线的流入的输入电流与输入电压同相位，则必须采取一种办法，使得电源线 的电流不会因电压的瞬间变化而不成正比。CM6805A 的 PFC 采用升压型 DC-DC 转换器来达到 此目的。AC 输入线电压经全波整流后作为转换器的输入。没有使用大滤波电容。所以升压转 换器 （Boost converter） 的输入电压在 0V 和 AC 输入峰值电压间变化。 为使 Boost converter 同时满足下列两种条件，才能使从电源线流入的电流与线电压成正比。一种条件是 Boost converter 的输出电压应高于线电压的峰值电压。一般常用的是 385VFB，高于电源线 11 270VACrms；另一条件是转换器电流在任何瞬间皆要与电压成正比。 PFC 控制：输入电流整形技术前沿控制模式（I.C.S.T.） 在传统的 PFC 控制技术与 I.C.S.T.之间仅有的不同是： 传统的控制方法是一个闭环控制，它需要对系统的闭环增益的设计有透彻的认识。而对 于 I.C.S.T.，因为电流回路是开环控制，可以很简单地实现。 在低频时，任何一个 PFC 系统的最终结果，电源都应看成是一个纯阻负载，所以电流与 电压同相位。 传统的控制方法，使电流跟随电压变化。CM6805A 要使升压转换器具有低频电阻的性质， 无论占空比是多少。 CM6805A 可以完成下列方程： 方程 2 意为：平均升压电感器电流等于输入电流。 所以，输入瞬时功率等于输出瞬时功率。 对于稳态，对于每一个相位角，在连续模式下，boost converter 的 DC 方程是： 按照 Vout 和 d、boost converter 占空比，以及平均升压二极管电流等式(5),重新整理 以上方程(1),(2),(3)和(4)。 而且，平均升压二极管电流也可以表达成： 12 若升压电感器电流足够大，可以假设。这样在采样的每一个周期，二极管 电流都可以看成一个常数。 所以有方程(6): 结合等式(7)和等式(8)，可以得到： 从等式（8） ，就可以实现 CM6805A 的 PFC 控制。 前沿/后沿控制模式 传统的脉冲宽度调制（PWM）技术使用后沿控制模式，它可以在系统时钟的后沿结束后 打开闭合。然后误差放大器的输出与调制斜坡（modulating ramp）相比较。当调制斜坡达到 误差放大器输出的电压时，开关将被关闭。当开关是闭合时，电感器电流将斜坡上升。在开 关开启时间内，后沿控制模式的有效占空比起决定作用。图为典型的后沿控制原理图。 前沿控制模式下，在系统的前沿发生时，开关被关闭。当调制斜坡达到误差放大器输出 的电压时，开关闭合。在开关关闭时间内，前沿控制模式的有效占空比起决定作用。图 3 为 典型的前沿控制原理图。 13 这种控制技术的一个优点是仅需要一个系统时钟。开关 1（SW1）关闭和开关 2（SW2）闭合同 时发生，以减小瞬间的空载周期，这样，开关动作会降低纹波电压。这样的同步开启，第一 14 阶段的纹波电压会被减小。计算显示利用这个方法，在满足 PFC 输出纹波电压时，120HZ 的 元器件可以减少到 30%。本质上减少了高压 PFC 电容的损耗。 ? 典型应用 典型应用 PFC 部分： PFC 部分： PFC 电压回路误差放大器 VEAO PFC 电压回路误差放大器 VEAO ML4803 使用电压误差放大器一个管脚(VEAO)。在 CM6805A 中使用的是与 CM6800 相同的 高转换速率的跨导误差放大器。这一独特的跨导可以将通常的暂态响应速度提高十倍。它的 内部 VEAO 参考电压为 2.5V。VEAO 由 VFB 管脚输入。 PFC 电压回路补偿 PFC 电压回路补偿 为了限制线电流谐波畸变，电压回路带宽应该设置在 120Hz 以下。典型的交叉频率是 30Hz。 电压回路增益（S）=(VOUT/VEAO)*( VFB/VOUT)*( VEAO/VFB) =(PIN*2.5V)/(VOUTDC *VEAO*S*CDC)*GMV*ZCV ZCV；电压回路的补偿线路 GMV：VEAO 的跨导 PIN：PFC 之平均输入功率 VOUTDC:PFC 升压输出，一般设计在 380V CDC:PFC 输出升压电容 VEAO：为了反映设计的平均输入功率的 VEAO 的变化量。其平均值为 6-3=3V，如果输 入线性电压增加，VEAO 将减小，从而导致输出电压下降。为了补偿过压，VEAO 定为 3V。 内部电压斜升 内部电压斜升 VEAO 管脚电压供给内部斜升电流源。当 VEAO 增加时，斜升电流源也会增加。电流源通 过给外部 30PF/+12V/-10%的电容充电来产生斜升。这一内部斜升频率设定在 67.5HZ。 设计 PFC I设计 PFC ISENSESENSE滤波器滤波器 ISENSE 滤波器, RC 滤波器在 Rs 与 ISENSE 之间: 在 ISENSE 脚加滤波器有 2 个目的: 1) 保护:在电源刚启动或有 inrush current 的情况时,在 PFC 升压变换器的感应电阻 Rs 两端会产生高电压。 所以需要 ISENSE 滤波来削弱这这部分能量。 2) 降低 Boost Inductor 之 L 值:因为 ISENSE 滤波器的作用类似整合器,所以在 ISENSE 输 15 16 入电流误差放大器 IEAO 之前,ISENSE 滤波器可以降低 Boost Inductor 之电感值. ISENSE 滤波器是 RC 滤波器,R 值介于 100到 50之间。若选择滤波电阻等于 50,将使 IEAO 的补 偿电压低于 5mV。一般将 ISENSE 滤波器设计在 fpfc/6,也就是 PFC 开关频率的 1/6,如此, boost inductor 就可以减少6倍,也不致影响到稳定性。 因此, ISENSE滤波电容C,约在283nF。 IAC,RAC，自动斜率补偿，DCM 在重载和轻载，启动电流。 IAC脚有四个作用： 1)上升沿调制模式的占空比小于 50%，要求有与于下降沿调制模式下占空比大于 50%相 同的斜率补偿。这使用 CM6805A 很容易实现。使用一大于 800K的电阻，RAC连接线性整流 电压和 IAC管脚。即可完成自动斜率补偿。如果输入升压电感量太小，可以将 RAC阻值减小。 2）启动阶段，RAC将提供一个 100uA 的启动电流，因此不需要反馈电阻。 3）IAC管脚的 RAC电阻能给出一个前馈信号，还可以提高信号信噪比和输入电流总谐波 失真。 4）它能保持出为常量的最大输入功率。然而，当输入线性电压增加时，最大输入功率 将进一步增加。 系统的开启，UVLO，VREFOK 和软启动 启动阶段，RAC电阻将提供从线性整流电压到 IAC管脚的约为 100uA 的开启电流。在启动 阶段，软启动功能被触发，软启动的持续时间将持续大约 10mS。 启动后 PFC 工作 启动后，PFC 部分由于 VEAO 在启动前为零，将开始软启动。因为 VEAO 是一个转换速率 加强型跨导放大器（见图 3），VEAO 有个类似电流源的高阻抗输出，它能够缓慢的补偿按照 电压增益方程设计的电路。 PFC 升压输出达到它的设定电压值之前，输出大约为 380V，VFB 达到 2.5V，且 PWM 部分 关闭。 PFC 达到稳定状态之后，PWM 部分开始工作 当 PFC VFB 达到 2.25V 之前，PWM 一直是关闭着的，内部持续 10mS 的数字 PWM 软启动将 慢慢地斜升到软启动电压。 PFC OVP 比较器 PFC OVP 比较器检测与电压回路输入一致的 VFB 管脚。 优点是补偿电路直接连接到 VEAO。 PFC OVP 是一个相对快速的 OVP。不像传统的误差放大器仅是一个运算放大器，且需要一个反 馈，致使 OVP 作用非常慢。 17 PFC OVP 的临界值为 2.5V+10%=2.75V,且有 250mV 的滞后。 PFC 三重故障检测比较器 为了改善电源的可靠性，减少系统的元器件，且符合 UL1950 的安全标准，CM8605A 包括 三重故障检测功能。这个功能检测 VFB（5 脚）为故障条件。 万一反馈失败，PFC 的输出脱离安全工作范围。VFB 也会脱离正常工作区域。VFB 太低、 太高或是开路，PFC 三重故障检测功能都会感应到错误和 PFC 输出驱动的中止。 PFC 三重故障检测完全是一个内部电路。 它不需要任何额外的元件来辅助它的保护功能。 VCC OVP 和 generate VCC 对于 CM6805A 系统，如果 VCC 由和 PFC 输出电压成比例的电压源产生，并且一旦该电压 源达到 17.9V，PFCOUT、PFC 驱动都将会关闭。 一旦 VCC 放电到低于 16.4V，VCC OVP 将复位，PFC 输出驱动将启动。它将提供 PFC OVP 功能。 典型地，升压感应器有一个辅助的绕组。当电压升到 17.9V 时，VCC OVP 比较器就会感 应到，PFC 输出驱动将中止。一旦 VCC 降到低于 16.4V，PFC 输出驱动将启动。设定在 PFC 输