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将 ML4824 同步到宽频率范围
接线图
2024年01月28日 08:54 153
admin
本应用笔记中提供的材料使用户能够简单且经济地将固定频率 PWM 控制器同步到较宽的频率范围 (>2x)。读者将了解为什么需要同步，并了解一种流行的单频同步方法及其局限性。接下来，涵盖宽频率范围同步主题，并使用基于锁相环 (PLL) 的新颖方法呈现框图。给出了一个实际的设计示例，包括设计公式和原理图，用于将 ML4824-1 同步到 25kHz 至 75kHz 范围内的任何频率。所提出的电路可与使用 RC 生成振荡器电压斜坡的任何控制器一起使用。
介绍
同步是必要的，尤其是在交流应用中，因为如果频率不匹配，电源就无法向正在运行的系统供电。然而，在此过程中，系统容易受到外部噪声的影响，从而降低了其可靠性。本应用笔记将讨论将 Fairchild 的 ML4824 电源控制器同步到宽频率范围的过程。
本应用笔记中提供的材料使用户能够简单且经济地将固定频率 PWM 控制器同步到较宽的频率范围 (>2x)。读者将了解为什么需要同步，并了解一种流行的单频同步方法及其局限性。接下来，涵盖宽频率范围同步主题，并使用基于锁相环 (PLL) 的新颖方法呈现框图。给出了一个实际的设计示例，包括设计公式和原理图，用于将 ML4824-1 同步到 25kHz 至 75kHz 范围内的任何频率。所提出的电路可与使用 RC 生成振荡器电压斜坡的任何控制器一起使用。
为什么要同步？
计算机和电信行业中的许多电子电路对其开关模式电源产生的外部噪声很敏感。用于降低切换器输出噪声的更常见方法包括无源滤波器和线性稳压器。两者都插入在电源输出和电路输入之间。无源滤波器通常由一个或多个 LC 滤波器级组成。这些元件，特别是电感器，价格昂贵并且占用大量的电路板空间。线性稳压器通常是低压差 (LDO) 类型，成本昂贵，并且比无源 LC 组件更容易发生故障。
通常，开关噪声会干扰敏感电路，因为它与系统时钟频率异步。作为示例，涉及 D/A 和 A/D 转换器的某些测量（或转换）在每个系统时钟周期期间执行一次。如果系统时钟和控制器频率不相等且“锁相”，则在后续转换期间产生的开关噪声量也不相等。当从数字转换为音频时，结果可能是在重建的音频信号上叠加明显的嗡嗡声或嗡嗡声。然而，如果控制器频率锁相到系统时钟，则噪声出现在每个测量时间的“边缘”，因此被排除在转换之外。或者噪声在每个周期同时出现并趋于平均，对信号没有不利影响。
传统同步方法及其局限性
几乎所有开关模式控制器都包含从线性电压斜坡创建振荡器的电路。为了设置振荡器频率，用户从制造商提供的图表或公式中选择外部电阻器和电容器。
然后，如果同步波形的幅度足够大，控制器将锁定系统时钟。这种方法始终将控制器的斜坡放电事件（下降沿）锁定到系统时钟的上升沿。
结论
当电源控制器的同步是必要的或必须小心谨慎以避免降低振荡器的电压斜坡时。如图所示，即使同步到单个频率，向斜坡添加同步脉冲也会导致性能下降。由于元件容差、控制器振荡器跳变电压和放电电流产生的变化，这种情况可能变得更加严重。使用 PLL，同时使用控制器振荡器作为 VCO，可以保证斜坡电压的完整性并消除组件容差的影响。对于更宽的频率范围同步，需要使用 PLL 来实现控制器的正确操作，而无需现有解决方案的成本和复杂性。
介绍
同步是必要的，尤其是在交流应用中，因为如果频率不匹配，电源就无法向正在运行的系统供电。然而，在此过程中，系统容易受到外部噪声的影响，从而降低了其可靠性。本应用笔记将讨论将 Fairchild 的 ML4824 电源控制器同步到宽频率范围的过程。
本应用笔记中提供的材料使用户能够简单且经济地将固定频率 PWM 控制器同步到较宽的频率范围 (>2x)。读者将了解为什么需要同步，并了解一种流行的单频同步方法及其局限性。接下来，涵盖宽频率范围同步主题，并使用基于锁相环 (PLL) 的新颖方法呈现框图。给出了一个实际的设计示例，包括设计公式和原理图，用于将 ML4824-1 同步到 25kHz 至 75kHz 范围内的任何频率。所提出的电路可与使用 RC 生成振荡器电压斜坡的任何控制器一起使用。
为什么要同步？
计算机和电信行业中的许多电子电路对其开关模式电源产生的外部噪声很敏感。用于降低切换器输出噪声的更常见方法包括无源滤波器和线性稳压器。两者都插入在电源输出和电路输入之间。无源滤波器通常由一个或多个 LC 滤波器级组成。这些元件，特别是电感器，价格昂贵并且占用大量的电路板空间。线性稳压器通常是低压差 (LDO) 类型，成本昂贵，并且比无源 LC 组件更容易发生故障。
通常，开关噪声会干扰敏感电路，因为它与系统时钟频率异步。作为示例，涉及 D/A 和 A/D 转换器的某些测量（或转换）在每个系统时钟周期期间执行一次。如果系统时钟和控制器频率不相等且“锁相”，则在后续转换期间产生的开关噪声量也不相等。当从数字转换为音频时，结果可能是在重建的音频信号上叠加明显的嗡嗡声或嗡嗡声。然而，如果控制器频率锁相到系统时钟，则噪声出现在每个测量时间的“边缘”，因此被排除在转换之外。或者噪声在每个周期同时出现并趋于平均，对信号没有不利影响。
传统同步方法及其局限性
几乎所有开关模式控制器都包含从线性电压斜坡创建振荡器的电路。为了设置振荡器频率，用户从制造商提供的图表或公式中选择外部电阻器和电容器。
典型控制器振荡器电路
图 1 显示了典型控制器的内部振荡器和外部频率设置组件。图 2 显示了出现在定时电容器 CT 上的电压斜坡。
控制器振荡器电压斜坡
电压斜坡创建振荡器，并且是内部电压比较器的输入。该斜坡电压与误差放大器输出电压进行比较，以根据需要改变占空比。因此，电压斜坡在整个上升沿必须是线性的。图 3 显示了一种简单且廉价的控制器与系统时钟同步方法。为了使控制器同步，其自由运行频率必须为系统时钟的 85% 至 95%。
然后，如果同步波形的幅度足够大，控制器将锁定系统时钟。这种方法始终将控制器的斜坡放电事件（下降沿）锁定到系统时钟的上升沿。
结论
当电源控制器的同步是必要的或必须小心谨慎以避免降低振荡器的电压斜坡时。如图所示，即使同步到单个频率，向斜坡添加同步脉冲也会导致性能下降。由于元件容差、控制器振荡器跳变电压和放电电流产生的变化，这种情况可能变得更加严重。使用 PLL，同时使用控制器振荡器作为 VCO，可以保证斜坡电压的完整性并消除组件容差的影响。对于更宽的频率范围同步，需要使用 PLL 来实现控制器的正确操作，而无需现有解决方案的成本和复杂性。
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