在討論電機時,經常會提到一個詞“PWM”。PWM利用數字輸出來對模擬電路進行控制,在逆變電路中應用尤為廣泛,在許多領域中也都有所應用。PWM會對逆變電路開關器件的通斷進行控制,使輸出端得到一系列幅值相等的脈沖,用這些脈沖來代替正弦波或所需要的波形。
比如在電機的控制中,為了控制一個直流電機的轉速,當然可以通過改變其兩端電壓來實現。但這種方法局限性太大,可調直流電源復雜且成本高。所以一般都會使用電壓源提供直流電壓,然后應用不同的驅動器控制不同的直流電機,其中驅動器對電機的調速控制就是利用PWM。在電機領域內,一般1k-30k的PWM頻率較為普遍,6k-16k偏多。
因為PWM可以使用在多種電源拓撲結構上,所以市面上PWM控制器種類頗多,單端和雙端有專門應用在推挽上的,有應用在反激式上的等等。這個領域還是大家耳熟能詳的老牌廠商占據著市場,不管在寬占空比上還是開關頻率覆蓋上,或者是功耗大小上,都有較為明顯的優勢。
TPS7H5001-SP
TPS7H5001-SP是TI的一款防輻射的雙輸出PWM控制器,目前還未正式發布,但是從官方給出的產品信息來看絕對處于行業頂級水準。
TPS7H5001-SP針對基于硅和氮化鎵功率半導體的DC-DC轉換器進行了優化,充分利用了基于GaN的DC-DC轉換器的面積縮減和高效率優勢,從性能上來說就是在提高開關頻率,減小器件尺寸的同時降低了功耗。
首先,該器件的占空比全覆蓋最大為100%,在控制占空比的靈活性上無需贅述。開關頻率覆蓋從100 kHz到2 MHz,也是業內極高。TPS7H5001-SP集成的同步整流器控制輸出和可編程的死區時間,用以實現高效率和高性能拓撲。在應用上,TPS7H5001-SP能夠通過引腳使用外部時鐘或內部振蕩器按照用戶編程的頻率驅動。可編程的功能當然還不止這簡單的一項,還包括了UVLO閾值,軟啟動和斜率補償。
而功耗降低體現在器件以1 MHz運行時,工作電流不超過10mA。封裝上則是22-pin的陶瓷雙平面封裝,尺寸很小。
ADP1974
ADP1974和同系列ADP1972是分別應用于雙向同步和雙向異步的PWM控制器。
ADP1974用于DC-DC雙向應用,可以作為降壓轉換器或者升壓轉換器循環利用輸入總線上電能。在電壓上,ADP1974最高可以承受60V的工作電壓,同時配置了片上5V的線性調節器。頻率覆蓋范圍雖然沒有100 kHz到2 MHz這么廣,也能覆蓋50 kHz到300 kHz,對于絕大多數電源系統已經適用。ADP1974因為內置了4V p-p PWM斜坡電壓,PWM擁有很高的線性度。
ADP1974的占空比同樣可以通過外部編程來控制,但暫不知曉其占空比有多寬,死區時間控制也被集成進了片內。峰值限流保護和軟啟動以及TSD熱關斷這些保護功能都被集成進芯片中,在穩定可靠性上沒有一點漏洞。
ISL6726
ISL6726是一款單端電流模式的PWM控制器,在正激拓撲,不對稱半橋拓撲上中有很廣泛的應用。
ISL6726基于BiCMOS設計,先進的工藝給這個系列帶來了極低的啟動以及工作電流,在1MHz的最大開關頻率工況下,ISL6726的啟動電流也僅有125μA。這一性能在功耗上的領先是肉眼可見的。
在功能上可以運用精密振蕩器對頻率進行調整。ISL6726優秀工藝帶來了極為精確的死區時間控制和占空比控制。與ADP1974內置固定的斜率補償不同,ISL6726斜率補償可通過編程控制,保持極高的PWM線性度。欠壓鎖定,軟啟動和超溫保護,以及可調峰值和平均電流限制保護,同樣保證了器件在高精度下的高穩定性。
小結
通用PWM控制器的生產工藝發展到Bi-CMOS技術,其關鍵設計參數得到了大幅改進。這些老牌廠商旗下的產品在提高寬占空比,提升頻率覆蓋,以及降低功耗這些方面都做到了精益求精。
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原文標題:多功能集成與拓寬占空比發展下的PWM控制器
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