利用電壓下降時間調(diào)節(jié)PWM轉換器最大占空比

1、    利用電壓下降時間調(diào)節(jié)PWM轉換器最大占空比摘要：實現(xiàn)了一種全集成可變帶寬中頻寬帶低通濾波器，討論分析了跨導放大器-電容(OTAC)連續(xù)時間型濾波器的結構、設計和具體實現(xiàn)，使用外部可編程電路對所設計濾波器帶寬進行控制，并利用ADS軟件進行電路設計和仿真驗證。仿真結果表明，該濾波器帶寬的可調(diào)范圍為126 MHz，阻帶抑制率大于35 dB，帶內(nèi)波紋小于05 dB，采用18 V電源，TSMC 018m CMOS工藝庫仿真，功耗小于21 mW，頻響曲線接近理想狀態(tài)。關鍵詞：Butte本文描述了在一款最常用的 PWM 控制器中，如何設計脈寬調(diào)制 (PWM)

2、轉換器（電壓）下降時間控制電路，利用斜坡電壓的下降斜率對最大開啟時間 (on time) 進行控制。目前市場上的許多 PWM 控制器都采用了內(nèi)部時鐘。該時鐘電路將某一電容器充電到預置電壓，然后在充電完畢時對斜坡電壓進行快速放電，接下來充放電將自動循環(huán)。這將會按一定的頻率循環(huán)產(chǎn)生鋸齒形斜坡電壓，用于控制功率場效應晶體管或 FET 的循環(huán)切換。在電壓模式控制下，脈寬比較器利用斜坡電壓設置脈寬。此外，在電流模式控制下，斜坡電壓的一部分可以添加到電流斜坡，以增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通常，當轉換器對斜坡電壓放電時（下降或關閉時間），將切斷電源開關。通過控制下降時間，可以調(diào)節(jié)轉換器的最大占空比。PWM 控制器

3、UCC38C42產(chǎn)品說明書指出標準的放電電流為 8.4 mA。假設需要 200 kHz 的工作頻率，最大脈沖寬度為 75%?？梢杂嬎愠鐾ㄟ^放電晶體管的總放電量為10.5nC。該 IC 對電容器充電的方法是利用一個電阻連接參考電壓  (Vref) 與 IC 時間電容器 (Ct) 引腳。因此，在整  個切換周期內(nèi)，Vref 到 Ct 引腳之間都會有電流通過。該電流大小與Ct 引腳電壓和電阻 Rt 的值相關。從產(chǎn)品說明書上還可以知道 Ct  引腳上的電壓將發(fā)生 1.9V 變化。盡管該變化不是完全線性的，但已經(jīng)很接近一條直線了，因為 Rt 上發(fā)生的電壓變化僅為電

4、源電壓的 40%，并將從接近地電平開始并放電至接近地電平。圖 1 中正斜率斜線表示電容器的充電電壓。斜線以下的區(qū)域表示 75% 循環(huán)時間內(nèi)電容器的累計充電量。由于電壓呈直線下降，放電時通過電阻的電流與相應電壓在充電時通過電阻的電流保持一致。因此，放電時通過 Rt 的累計電流電量是充電時 Ct 充電電量的三分之一。通過內(nèi)部放電晶體管的總電量為放電啟動時電容器的充電電量，加上電容器放電時通過 Rt 的電流電量。總的電量是電容器的峰值電量加上電容器放電時通過電阻的電量的 1/3，也就是電容器的峰值電量的11/3，原因是放電斜坡也是一條直線。由此可看出，充電電流與放電電流非常相似。因此，由于充電占了3

5、/4的時間，而放電占了1/4的時間，故放電時的累計電量應該是充電時的1/3。基于這點，我們可以確定Ct的值。我們知道電容器發(fā)生的電壓變化為1.9V，我們還知道在峰值電壓時，電容器充電電量的變化為10.5nC*(3/4)= 7.875nC。因此，電容器電容為 7.875 nC/1.9 V="4".145 nF。有了電容值，我們現(xiàn)在就可以得到電阻值了。電壓源為5V，并根據(jù)方程：我們根據(jù)兩個已知的電壓：V值 的變化量為1.9V和5.0V 的 Vref ，以及 3.75ms的時間，得出Rt為：。結果為Rt =1.893 k。在仿真器中對該分析的結果進行了測試，圖2顯示了電容器的電壓

6、，兩條線的斜率非常接近線性。通過電阻的電流波形顯示了結果很類似的鏡像。陡升的波形相當于對電容器的放電，而緩降的電流波形表示對電容器充電。下一步將檢查容差的影響。高低轉折點電壓變化都很小。較高的轉折點電壓會造成更長的充放電時間。這會降低轉換器轉換頻率，進而引起運行的變化，但是最大的占空比保持不變，因為充放電的斜率保持不變。同樣，較低的轉折點電壓會造成頻率上升，因為Ct電壓可以更快地到達較低電壓轉折點。由于容差的存在，電容值的變化與電壓轉折點的變化具有同樣作用。最大脈沖寬度與總的周期時間比例將保持同一數(shù)值（最大占空比保持不變）。這基本上是由于充放電周期的線性特性造成的。放電電流的波動會改變電容充放

7、電時間的比例。如果放電電流小于標準值，則放電時間將更長，但是充電時間保持不變。這會產(chǎn)生兩方面的影響。首先，它會降低頻率；其次，它會通過提高“關閉”時間相對于“開啟”時間的比例從而減小最大占空比。如果放電電流大于標準值，則出現(xiàn)相反情況。如果電路只有在預設的最大占空比下才能進行工作的話，則必須確保在最大放電電流時，電路依然能在安全限值內(nèi)工作。所用的 Rt 也必須有容差，該阻值容差相對于放電電流的波動而言，變化并不大，推薦使用 0.1% 的阻值容差。在該IC中，放電電流的波動范圍為7.2mA 9.5mA。對電路進行設計時，要牢記電流可以達到最大值，并且至關重要地是占空比不能超過75%的限值。最壞的情

8、況就是放電電流達到9.5mA。這將使Ct變?yōu)?.688nF，電阻變?yōu)?.631 k。 很自然，若放電電流為另一極限值7.2 mA，則最大占空比將小于預期的75%，頻率也將比預期的200kHz低。我們可以在最小放電電流時求出最大占空比。由于電容器的充電時間為3.75ms，并且電容器的電容為 4.688nF，可以得出充電周期的平均電流。這將和放電時通過電阻的平均電流一致。7.2mA 的放電電流與通過電阻的平均電流 (Iavg) 之間的差值電流是電容器放電時的平均電流。計算出電容器放電所需的時間是。這就是說，較低放電電流時的最大占空比是67%，并且頻率將減小為178.7kHz。電路仿真的結果參見圖3。接下來電路設計人員必須參照說明書，確定Ct和Rt的變化是否在IC的工作范圍內(nèi)。他還必須驗證頻率的波動范圍是178kHz 200kHz，并且應用中最大占空比是從低頻率時的67% 200kHz時的75%。 如果電路必須工作于200kHz或更高頻率，則應在接地與Ct電容器之間施加一個電壓脈沖，其保持時間比下降時間短，使電路同步。這會觸發(fā)IC的放電電路，對電容放電。不過，200kHz時最大占空比將與放電電路未觸發(fā)時一致。如果電路在178kHz與67%占空比時是自由運行的，則通過同步，電路也將在200kHz工作。但