固定频率PWM控制器的传统同步方法和局限性

本应用笔记中介绍的材料使用户能够简单，廉价地将固定频率PWM控制器同步到宽范围（> 2x）的频率。读者了解了为什么需要同步，并向读者展示了一种流行的单频同步方法及其局限性。接下来，将介绍宽频率范围同步的主题，并使用基于锁相环（PLL）的新颖方法介绍框图。给出了一个实际的设计示例，并附有设计公式和用于将ML4824-1同步至25kHz至75kHz范围内的任何频率的示意图。所示电路可与任何使用RC产生的振荡器电压斜坡的控制器一起使用。

介绍

同步在交流应用中尤其必要，因为如果频率不匹配，电源将无法为正在运行的系统供电。然而，在这样做的过程中，该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飞兆半导体ML4824电源控制器同步到宽频率范围的过程。

本应用笔记中介绍的材料使用户能够简单，廉价地将固定频率PWM控制器同步到宽范围（> 2x）的频率。读者了解了为什么需要同步，并向读者展示了一种流行的单频同步方法及其局限性。接下来，将介绍宽频率范围同步的主题，并使用基于锁相环（PLL）的新颖方法介绍框图。给出了一个实际的设计示例，并附有设计公式和用于将ML4824-1同步至25kHz至75kHz范围内的任何频率的示意图。所示电路可与任何使用RC产生的振荡器电压斜坡的控制器一起使用。

为什么要同步？

在计算机和电信行业中发现的许多电子电路对它们的开关电源所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是无源滤波器和线性稳压器。两者都插入电源的输出和电路的输入之间。无源滤波器通常由一个或多个LC滤波器级组成。这些组件，特别是电感器，很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，价格昂贵，并且比无源LC组件更容易出现故障。

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。举例来说，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内执行一次。如果系统时钟和控制器频率不相等且被“锁相”，则在后续转换过程中贡献的开关噪声量将不相等。从数字转换为音频时，结果可能是明显的嗡嗡声或嗡嗡声叠加在重建的音频信号上。但是，如果控制器频率被锁相到系统时钟，则噪声会在每个测量时间的“边缘”发生，从而被排除在转换之外。或者，噪声在每个周期中同时发生并平均化，对信号没有不利影响。

传统同步方法和局限性

几乎所有的开关模式控制器都包含从线性电压斜坡产生振荡器的电路。要设置振荡器频率，用户可以从制造商提供的图形或公式中选择一个外部电阻器和电容器。

典型的控制器振荡器电路

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显示了在定时电容器CT两端出现的最终电压斜坡。

控制器振荡器电压斜坡

电压斜坡产生振荡器，并且是内部电压比较器的输入。将该斜坡电压与误差放大器的输出电压进行比较，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将控制器与系统时钟同步的方法。要使控制器同步，其自由运行频率必须为系统时钟的85％至95％。

控制器振荡器电路（具有外部同步）

然后，如果同步波形的幅度足够大，则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

当需要同步电源控制器或必须采取有益的措施时，应避免使振荡器的电压斜坡降级。如图所示，即使在同步到单个频率时，也可能由于将同步脉冲添加到斜坡而导致性能下降。由于组件的公差，控制器振荡器的跳闸电压以及放电电流产生的变化，这种情况甚至会变得更加严重。当使用控制器振荡器作为VCO时，使用PLL可以保证斜坡电压的完整性，并消除了元件容差的影响。为了实现更宽的频率范围同步，必须使用PLL才能使控制器正常工作，而又不存在现有解决方案的成本和复杂性。

编辑：hfy