CN2692915Y - 基于384x的跳频式pwm控制器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种基于384X的跳频式PWM控制器，包括：用于产生固定频率的脉冲信号的振荡器、用于根据脉冲信号产生输出信号的输出电路、用于产生放大的误差信号的误差放大器、连接于比较器电流采样端的逻辑控制电流源、将电流采样端电压与误差信号电压作比较以产生比较信号比较器、用于响应于脉冲信号根据比较信号产生脉冲控制信号的PWM锁存器，该脉冲控制信号控制输出电路和逻辑控制电流源彼此处于相反的开启和关闭状态。该控制器是能直接替换384X而又具有节能功能的控制器。

Description

基于384X的跳频式PWM控制器
技术领域
本实用新型一般涉及脉宽调制领域，尤其涉及基于384X的跳频式PWM控制器。
背景技术
脉宽调制(PWM)控制器384X系列是一种工业标准电源控制芯片，被广泛地应用于计算机、电视机、DVD等众多消费类电子产品的AC-DC开关电源中。
目前，越来越多的家用电器、办公设备在人们的生活中普及，而这些电子设备都是以开关类电源供电为主，在轻负载和待机模式下的功耗越来越严重，已经越来越受到各国政府的高度重视。2001年7月，美国总统颁布法令，要求政府部门采购的电器设备其待机功耗必须小于1W。各国的环保组织也纷纷制订了相关的计划及标准。其中，最为权威的是美国的“能源之星”(Energy-star)和德国的“蓝色天使”(Blue Angel)标准，在世界各地正被越来越多地采用。
中国政府也开始重视节能问题，积极推进政府部门的节能采购计划，同时责成中国节能产品认证中心开展了一系列研究工作，并首先开展了对彩色电视机待机能耗的节能认证工作，并计划以每年2-3个产品的速度，逐步开展对DVD、VCD等视听产品以及打印机、传真机、计算机等办公设备的节能认证。因此如何降低各类产品的待机功耗已成为各大电源厂商的重大研究课题。
围绕降低轻负载和待机模式下的功耗而展开的芯片研制工作已经取得进展，几家知名半导体制造公司都初步推出了绿色低功耗的电源控制芯片，如安森美的NCP120X系列，仙童的FAN7601，英飞凌的ICE2AS01，飞利浦的TEA1533，崇贸科技的SG684X系列等。
目前的现实情况是，绝大多数电源用户一直采用384X控制器，他们迫切需要既具备节能功能又可以直接替换384X的新型芯片。实际上，上述芯片都没有这种特色。
图5示出了传统的384X控制器500的内部框图。启动电路102具有电源输入端7和接地端5，通过电源输入端7接收外部电源输入，从而为电压基准电路104供电。电压基准电路104为逻辑控制电路106和误差放大器112提供精确的基准电压，并通过基准电压输出端8向外部电路输出基准电压。逻辑控制电路106接收基准电压以产生逻辑控制信号。
另一方面，具有控制输入端4的振荡器108，通过控制输入端4从外部电路接收控制信号，并根据该控制信号产生固定频率的脉冲信号，并将脉冲信号提供给输出电路110。该控制输入端4外接电容和电阻(见图4的409和410)，用于改变脉冲信号的固定频率和最大占空比。输出电路110具有电源输入端7、接地端5和信号输出端6，它从电源输入端接收外部电源输入，并且根据逻辑控制电路106产生的逻辑控制信号和由振荡器108产生的脉冲信号产生输出信号并通过信号输出端6提供给外部电路。
误差放大器112具有补偿输出端1和电压反馈输入端2，应用时必须在两个端口1和2之间外接并联电容和电阻(见图4的405和406)，用于增益和频率补偿。误差放大器112根据来自电压基准电路104的基准电压和从电压反馈输入端2输入的外部电路输出电压反馈信号产生放大的误差信号。比较器114具有电流采样输入端3，它将外部电路施加到电流采样输入端3的电流采样信号电压与放大的误差信号的电压作比较而产生比较信号并提供到PWM锁存器116。PWM锁存器116响应于该比较信号和来自于振荡器108的脉冲信号产生脉冲控制信号，该脉冲控制信号电平的高低确定输出电路110的开启和关闭。
操作中，***正常开始工作即带负载情况下，比较器电流采样端3的信号电压由零逐渐上升，而比较器114另一端的输入信号电压由误差放大器112根据外部电路输出电压反馈信号提供。这时，来自误差放大器112的误差信号电压必然大于电流采样信号电压，比较器114根据这一比较结果产生比较信号并提供给PWM锁存器116。PWM锁存器可以由RS触发器构造，在其中一控制端接收来自振荡器的脉冲信号，另一控制端接收比较器的比较信号。在由振荡器108的一个脉冲触发后，PWM锁存器116根据比较信号产生脉冲控制信号使输出电路110开启，从而输出电路将来自振荡器108的脉冲信号输出到外部电路。直到电流采样信号电压上升到大于误差信号电压，比较器114发生翻转，PWM锁存器116产生的脉冲控制信号的状态也发生改变，比如从高电平变为低电平，使得输出电路110关闭，电流采样信号这时变为零。而由于外部电路输出电压反馈信号存在，误差放大器的误差信号也就存在，电流采样信号电压这时又会小于误差信号电压，比较器114再次发生翻转。在振荡器108的一个脉冲到达PWM锁存器116时，输出电路再次开启，完成一个开关周期。如此循环往复经过几个开关周期，由于输出电路关闭的时间极短，输出信号的波形就表现为连续的脉冲波形。这样的工作方式称为PWM模式。
在***轻负载或待机情况下，误差放大器的产生的误差信号比带负载时要小，这样电流采样信号电压上升至大于误差信号电压的时间会缩短，PWM占空比相应缩短。在输出波形上还是表现为与振荡器频率相同的占空比较小的PWM模式的连续脉冲波形，功耗方面与正常工作时相差不大。本实用新型正是在这一控制器的基础上提供更为节能的控制器。
发明内容
本实用新型的跳频式PWM控制器正是在以上这种背景下提出的。
本实用新型提供一种基于384X的跳频式PWM控制器，包括：振荡器，用于产生固定频率的脉冲信号；输出电路，用于根据所述脉冲信号产生输出信号并将所述输出信号输出到外部电路；误差放大器，用于从外部电路接收电压反馈信号并产生放大的误差信号；比较器，其一端为电流采样输入端，外部电路将电流采样信号电压加于所述电流采样输入端，其另一端用于接收所述放大的误差信号，所述比较器将电流采样信号电压与放大的误差信号的电压作比较以产生比较信号；以及PWM锁存器，用于对所述脉冲信号作出响应并根据所述比较信号产生脉冲控制信号，所述脉冲控制信号控制所述输出电路的开启和关闭，其中，当电流采样信号电压小于放大的误差信号的电压，所述输出电路开启；当电流采样信号电压大于放大的误差信号的电压，所述输出电路关闭，所述跳频式PWM控制器还包括：逻辑控制电流源，其输出端与所述比较器的电流采样输入端相连，其中，所述PWM锁存器产生的所述脉冲控制信号控制所述逻辑控制电流源和所述输出电路彼此处于相反的开启和关闭状态。
从而，在AC-DC变换应用中，一方面，输出电压反馈回路检测负载变化，再经光电耦合器反馈回跳频式PWM控制器的误差放大器；另一方面，当控制器的输出脉冲使功率管导通时，通过取样电阻检测流过开关电源变压器初级线圈的峰值电流。当控制器输出关闭使功率管关断时，控制器的内部电流源产生相应的电压值，送入内部比较器，使比较器输出状态发生改变，实现轻负载或待机状态下的跳频模式，达到节能的效果。
本实用新型的跳频式PWM控制器是一款新型的绿色电源控制器，它是用来直接替换标准的384X系列PWM控制器，用户无须改变原有应用***的***元器件布局，即可实现轻负载或待机状态下的低功耗，使之符合国际上的绿色电源标准，如蓝色天使(Blue-angel)和能源之星(Energy-star)标准。目前，该控制器是能够直接替换384X而又具有节能功能的控制器。
附图说明
图1是本实用新型的跳频式PWM控制器一较佳实施例的内部框图；
图2是本实用新型实现跳频模式一较佳实施例的局部电路图；
图3是PWM方式和跳频模式的输出波形比较图。
图4是本实用新型的跳频式PWM控制器一典型应用电路；
图5示出了传统的384X控制器的内部框图。
具体实施方式
图1是本实用新型的跳频式PWM控制器100的一较佳实施例的内部框图。和传统的384X控制器相比，本实用新型的控制器增加了逻辑控制电流源118，而其输入输出端口都没有变化。在本实用新型的一个较佳实施例中，逻辑控制电流源118在开启时会通过外接的电阻(见图2和图4中的Rf和Rs)产生一电压以提供到比较器114。比较器114将当前电流采样端的电压值与来自误差放大器112的误差信号电压作比较而产生比较信号。这里，PWM锁存器116所产生的脉冲控制信号电平高低除了确定输出电路110的开启和关闭，还确定逻辑控制电流源118的开启和关闭，只是它们彼此处于相反的开启和关闭状态。
如图2所示，在本实用新型的一较佳实施例的操作中，***在带正常负载情况下，当误差放大器112的误差信号电压大于电流采样信号电压时，PWM锁存器116产生脉冲控制信号为高电平，使输出电路110开启但使逻辑控制电流源118关闭，从而输出电路110将来自振荡器108的脉冲信号输出到外部电路。当电流采样信号电压上升到大于误差信号电压时，PWM锁存器116产生的脉冲控制信号的状态发生改变，它从高电平变为低电平，使得输出电路110关闭并使逻辑控制电流源118开启。但是带负载情况下电压VS较高，电流源118因无法流过外接的RF和RS网络而不起作用，控制器100处于正常的PWM工作模式，输出信号的波形就表现为连续的脉冲波形，如附图3所示。
在***轻负载或待机情况下，当电流采样信号电压上升到大于误差信号电压时，PWM锁存器的脉冲控制信号变为低电平而使电流源118开启，输出电路关闭。这时由于***轻负载或待机时电压VS很低，逻辑控制电流源118产生的电流流过RF和RS，产生一电压值，再经R0和C0组成的RC滤波网络120，加到比较器114的电流采样输入端3(可以理解，以上的RC滤波网络并不是必须的)。这样输入电流采样端3的信号电压不会由于输出电路的关闭而变为零，另一方面误差放大器的产生的误差信号电压比带负载时要小，这样电流采样端的信号电压还是大于误差信号电压，比较器114就不会再次发生翻转，PWM锁存器的脉冲控制信号维持在低电平，输出电路和电流源就分别保持在关闭状态和开启状态，输出信号就表现为零信号。随着时间的推移，外部输出电压减小，使得误差放大器所产生的误差信号电压会渐渐增大，在经过一段时间之后，误差信号电压会大于电流采样端的信号电压，这时比较器114才发生翻转，脉冲控制信号从低电平变为高电平，从而输出电路110开启，电流源118关闭，控制器再次输出脉冲波形。这样循环往复，输出波形就表现为跳过许多开关周期后再发出一串固定频率的脉冲，如图3所示，达到降低开关损耗的效果。这样的工作方式称为跳频模式。本领域技术人员可以理解，控制信号可以是低电平也可以是高电平，如上述实施例中，当误差信号电压大于电流采样端的信号电压时，脉冲控制信号可以为低电平，这时该脉冲控制信号使输出电路开启、电流源关闭。这些都落入本实用新型的保护范围。
控制器100还可以包括连接于振荡器108的过温度保护电路，由温控开关实现，在内部温度超过150度时过温度保护电路使振荡器108停止工作，温度下降到130度时该保护电路又使振荡器108恢复操作。
如图1和图5所示，由于本实用新型的脉宽调制控制器100的输入输出端(标号1-8)与传统的384X系列控制器完全相同，在具体的AC-DC应用中，用本实用新型的控制器替代传统的控制器后，无须改变***器件布局，但却达到了节能效果。
图4是本实用新型的跳频式PWM控制器典型的应用电路400，其中管脚序号1-8对应图1中的输入输出端标号1-8。启动电阻Rc确保电路可靠启动，输出脉冲经噪声抑制电阻411推动开关管Q1，输出电压Vout经电阻404限流后流经光电耦合器403通过控制器100的电压反馈输入端2反馈到控制器100内部的误差放大器，电容405和电阻406是增益与频率补偿组件。以上电路完成输出电压反馈控制。另外，电阻Rs对变压器T1的初级线圈的峰值电流进行采样，再经滤波网络(电阻Rf和电容407)通过电流采样输入端3反馈到控制器100内部的比较器。以上电路完成电流反馈。
控制器所在***的跳频模式是由上述电压反馈和电流反馈来实现的。而且，跳频模式下的输出功率设定点是可调的，改变滤波网络(电阻Rf和电容407)和输出阻容网络(404和C10)能够改变***转入跳频模式的功率水平。
另外，由于本实用新型采用了以上特殊的电路结构，使得在电源***应用中，控制器内部损耗、启动电阻和假负载的热损耗都明显低于市场上的标准384X控制器。

Claims (5)

1.一种基于384X的跳频式PWM控制器，包括：
振荡器，用于产生固定频率的脉冲信号；
输出电路，用于根据所述脉冲信号产生输出信号并将所述输出信号输出到外部电路；
误差放大器，用于从外部电路接收电压反馈信号并产生放大的误差信号；
比较器，其一端为电流采样输入端，外部电路将电流采样信号电压加于所述电流采样输入端，其另一端用于接收所述放大的误差信号，所述比较器将电流采样信号电压与放大的误差信号的电压作比较以产生比较信号；以及
PWM锁存器，用于对所述脉冲信号作出响应并根据所述比较信号产生脉冲控制信号，所述脉冲控制信号控制所述输出电路的开启和关闭，
其中，当电流采样信号电压小于放大的误差信号的电压时，所述输出电路开启；当电流采样信号电压大于放大的误差信号的电压时，所述输出电路关闭，
其特征在于，所述跳频式PWM控制器还包括：
逻辑控制电流源，其输出端与所述比较器的电流采样输入端相连，
其中，所述PWM锁存器产生的所述脉冲控制信号控制所述逻辑控制电流源和所述输出电路彼此处于相反的开启和关闭状态。
2.如权利要求1所述的跳频式PWM控制器，其特征在于还包括：
启动电路，具有电源输入端和接地端，用于接收外部电源输入；
电压基准电路，具有基准电压输出端，所述电压基准电路由启动电路供电，用于产生基准电压，并通过基准电压输出端将所述基准电压输出到外部电路；以及
逻辑控制电路，用于接收来自所述电压基准电路的所述基准电压、产生逻辑控制信号并将所述逻辑信号提供到所述输出电路以对输出信号进行逻辑控制，
其中所述电压基准电路还将所述基准电压提供到所述误差放大器，并且所述振荡器具有控制输入端，并根据从所述控制输入端接收的外部电路的控制信号产生所述脉冲信号；所述输出电路具有电源输入端、接地端和信号输出端，它从所述电源输入端接收外部电源输入，并通过所述信号输出端将输出信号输出到外部电路；所述误差放大器具有电压反馈输入端以及补偿输出端，它从电压反馈输入端接收来自外部电路的电压反馈信号，并且所述补偿输出端通过与外部电路相连接用于对所述误差放大器进行增益和频率补偿。
3.如权利要求1或2所述的跳频式PWM控制器，其特征在于还包括RC滤波电路，所述RC滤波电路包括电阻和电容，其中所述电阻串接在所述逻辑控制电流源的输出端和所述比较器的电流采样输入端之间，所述电容连接于所述比较器的电流采样输入端和地之间。
4.如权利要求1或2所述的跳频式PWM控制器，其特征在于所述PWM锁存器是RS触发器。
5.如权利要求1或2所述的跳频式PWM控制器，其特征在于还包括过温度保护装置，对所述振荡器进行过温度保护。
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