基站电源中同步电路的设计方法

1 引言

在通信电源中，有多路输出的电路常需要将各个输出信号同步，以满足控制的要求。

将电源的各控制芯片同步到系统时钟，也可以减小噪声，改善电源的性能。

另外，在多功率等级的电源中也需要同步，以避免各部分分别开通时产生的离散噪声。各部分同时开通就能同时产生共模噪声，这样就简化了尖峰功率的估算，还能估计到功率分布和损耗的情况，并能根据损耗做母线的电压补偿。

所以，同步电路的设计是电源电路中一个不可忽视的重要环节。

2 同步电路的拓扑形式

芯片可以通过R_T/C_T端直接连接外部时钟源来同步。芯片内部比较器的高低两个门限决定时间电容C_T的充放电过程，当C_T开始其充电周期，PWM处于开通的状态，时间电容持续充电直到内部比较器的上限。一旦给出同步信号，放电电路激活，时间电容持续放电直到内部比较器的下限。在放电时PWM比较器无输出，这样PWM处于关断的状态。

外部同步电平的高、低状态可以用数字量1或0来代表。芯片的同步端既可以作为同步信号输入端，也可以作为同步信号输出端。当没有同步端时，时间电路（C_T）也可以由数字逻辑（0，5V）工作模式来取代模拟的工作模式。当用数字量来表示电平后，“开通时间”，“关断时间”，“占空比”和“频率”都可以用数字脉冲来表示。如同步信号的逻辑低时间决定了PWM的开通时间，同步信号的逻辑高时间决定了PWM的关断时间。频率，占空比或死区时间可以由PWM时间电容端（C_T）的同步信号准确控制。同步信号的高或低可以由555定时器或微处理器来决定。

如果PWM芯片没有连到内部晶振的同步输入、输出端，这时从晶振必须不工作。当从模块使用不同的PWM芯片并具有不同的同步特性如反向的同步信号，这时也必须使从晶振不工作。

但是，这种直接用数字信号同步的工作方法有许多缺点。首先，在电压模式控制时，PWM误差放大器对脉宽没有控制。因为，PWM误差放大器的输出是和一个数字信号相比较，而不是和一个锯齿波信号相比较。从而，通过钳位误差放大器的输出来控制占空比的软启动功能也将无效。这是因为，本身没有时间坡度，电源输出完全由同步脉冲源来控制。只要同步脉冲锁定，PWM输出将根据同步脉冲的电平总是保持完全开或者完全关。当然，没有自身的CT坡度电源将没有自启动，在同步脉冲出现前将总是保持关。电流模式的坡度补偿需要外接其他元器件来实现。每个模块必须设定为主模块或从模块，并且不能随意改变。为了克服这个缺点我们采用一种比较通用的同步方式如图1所示。

图1 同步方式

这种同步方法是时间电容C_T不直接接地，而是串一个约24Ω的电阻到地，输入同步信号叠加到电阻端电压上（电阻端电压通常为0.5V，这是为了设定一个小的偏置，并且可以影响模块的初始频率），使C_T上的电压高于晶振内部门限电压。在同步脉冲出现前，PWM工作在自身的R_T，C_T设定的频率上。同步信号出现后，同步数字信号叠加到原来的模拟波形上，这种同步方式的R_T/C_T输入端是模拟和数字信号的叠加，如图2所示。

图2 同步波形

工作时，同步脉冲使C_T上的电压迅速高于PWM比较器的上限，晶振的充电状况迅速翻转，晶振开始与同步信号同步的放电周期。

图1所示方法具有如下优点：可以从任何的PWM芯片取得同步信号或者同步任何PWM芯片，且芯片的数量不限，双向的同步信号，对于简单的系统可以用数字信号同步，C_T上的坡度可以做斜坡补偿，每个模块没有严格的频率设定，而且可以远端关断。

增加同步电路将对PWM的占空比，死区时间和坡度产生较小的影响。

3 同步电路参数计算

首先，我们必须选定晶振的时间部分参数以保证同步。同步时锯齿波的幅度要比电压上限低，否则，在同步脉冲来之前比较器就动作了，这将使同步脉冲失效。为了可靠工作，应该使PWM晶振的工作频率比同步频率低。通常低10％。如图3所示。

图3 同步时间参数