如今，電源設(shè)計(jì)人員面臨著諸多挑戰(zhàn),，既要達(dá)到更高的能效目標(biāo),，又要滿足加快產(chǎn)品上市的要求,。就實(shí)現(xiàn)更高能效目標(biāo)而言，電源設(shè)計(jì)不僅要顧及滿載能效,，而且需要評(píng)估10%,、20%、50%及75%負(fù)載等條件下的能效,。電源設(shè)計(jì)人員還要面對(duì)其它不少挑戰(zhàn)如新電源可能更易于滋生可聽噪聲,、須增強(qiáng)可靠性及安全性及加快上市進(jìn)程并縮短安全認(rèn)證時(shí)間等。
應(yīng)對(duì)高能效挑戰(zhàn)的安森美半導(dǎo)體創(chuàng)新PFC方案
安森美半導(dǎo)體身為全球領(lǐng)先的高性能,、高能效硅方案供應(yīng)商,，持續(xù)開發(fā)創(chuàng)新技術(shù)及產(chǎn)品，為市場(chǎng)提供豐富的電源半導(dǎo)體方案,，其中就包括強(qiáng)大的PFC產(chǎn)品陣容及后續(xù)產(chǎn)品(圖1),，使電源設(shè)計(jì)人員能夠不斷地開發(fā)高能效的電源方案。其中,，安森美半導(dǎo)體最新推出的NCP1611 PFC控制器采用創(chuàng)新的電流控制頻率反走(Current Controlled Frequency Foldback,，CCFF)方法驅(qū)動(dòng)PFC升壓級(jí)，功率因數(shù)接近1,，高驅(qū)動(dòng)能力為-500 mA / +800 mA,，Vcc范圍從9.5 V到35 V，具有非閉鎖和過壓保護(hù),、電壓檢測(cè),、軟起動(dòng)和過流限制等功能。
圖1：安森美半導(dǎo)體的PFC產(chǎn)品陣容,。
NCP1611有源功率因數(shù)校正(PFC)控制器適用于AC-DC適配器、平板電視及照明鎮(zhèn)流器及其它中功率離線應(yīng)用的升壓預(yù)轉(zhuǎn)換器,。該控制器采用正待批專利的CCFF架構(gòu),。在這種模式下，當(dāng)電感電流超過可編程值時(shí),，電路運(yùn)行在CrM模式下,。當(dāng)電流低于這個(gè)預(yù)設(shè)水平，電流為零(null)時(shí),，NCP1611可線性降低頻率至大約20 kHz,。CCFF可最大限度提高額定負(fù)載和輕負(fù)載效率。特別是,，可將待機(jī)損耗減少到最低限度,。該控制器具有一系列強(qiáng)大的保護(hù)功能，可妥善處理各種電源工作和故障條件,。NCP1611拓展了傳統(tǒng)CrM PFC控制器的優(yōu)勢(shì),。圖2是NCP1611典型應(yīng)用電路圖。
圖2：NCP1611典型應(yīng)用電路圖,。
作為增強(qiáng)型PFC控制器，NCP1611采用電流控制頻率反走CrM模式及跳周期模式,，可優(yōu)化整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)的效率,，實(shí)現(xiàn)更好的輕負(fù)載效率，以及非常強(qiáng)大的安全特性,。
NCP1611獨(dú)特的關(guān)鍵特性包括：動(dòng)態(tài)響應(yīng)增強(qiáng)器用于提供快速的線路/負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng),；寬Vcc范圍最高達(dá)35 V，帶門電壓鉗位功能,；啟動(dòng)電流典型值為20 ?A,，最高50 ?A(A版本Vcc啟動(dòng)電壓10.5 V；B版本為17 V),；線路范圍檢測(cè)功能調(diào)節(jié)及優(yōu)化環(huán)路增益,；A版本提供軟啟動(dòng)功能，B版本能使用較小Vcc電容,，易于啟動(dòng),；谷底導(dǎo)通功能利于提供最佳能效及產(chǎn)生極低電磁干擾(EMI)。
在安全性方面,，NCP1611具有Vcc欠壓鎖定(UVLO)及線路輸入欠壓(BO)保護(hù),；在電感飽和或旁路二極管短路條件下提供過流保護(hù)(OCP)；輸出過壓保護(hù)(軟OVP及快速OVP)及欠壓保護(hù)(UVP),；反饋開路關(guān)閉及接地開路故障監(jiān)控,；以及過熱關(guān)閉。圖3所示是NCP1611的穩(wěn)壓工作情況,。
圖3：NCP1611的穩(wěn)壓工作。
此外,，NCP1611還具有其它特性,，如快速負(fù)載瞬態(tài)特性、最大Vcc為35 V的內(nèi)部14 V門電壓鉗位,、順利啟動(dòng)運(yùn)行軟啟動(dòng)（A版）,、強(qiáng)大的開路和引腳短路保護(hù)、熱關(guān)斷等,。NCP1611還可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓工作,，輕易解決開路及短路引腳故障，提升安全性,；即使是在接地引腳開路的條件下該元件也可受到保護(hù),。
由于具備了上述優(yōu)異的特性,，NCP1611的市場(chǎng)及應(yīng)用主要涵蓋大型平板電視、電腦電源,、高功率適配器,、LED照明和鎮(zhèn)流器，以及功率大于300 W的PFC應(yīng)用,。
CCFF架構(gòu)詳解及與CrM架構(gòu)比較
如圖4所示,，安森美半導(dǎo)體開發(fā)的CCFF架構(gòu)的定時(shí)器僅控制死區(qū)時(shí)間，利用定時(shí)器對(duì)應(yīng)電流電平調(diào)節(jié)死區(qū)時(shí)間,，反走頻率限制為>20 kHz,，具有市場(chǎng)上領(lǐng)先的性能。
圖4：電流控制頻率反走(CCFF)架構(gòu),。
具體講，CCFF架構(gòu)具有固定導(dǎo)通時(shí)間控制和頻率反走特性,。在大電流時(shí),，電路以臨界導(dǎo)電模式工作。小電流時(shí)(重負(fù)載時(shí)接近線路過零點(diǎn),，輕載時(shí)位于全部正弦方波),，因此，磁芯復(fù)位后下一個(gè)周期并不會(huì)立即啟動(dòng),；相反,，定時(shí)器開始調(diào)節(jié)死區(qū)時(shí)間；電流越小,，定時(shí)器持續(xù)時(shí)間(死區(qū)時(shí)間)越長(zhǎng),；定時(shí)器持續(xù)時(shí)間取決于大小,；定時(shí)器僅控制死區(qū)時(shí)間(不控制開關(guān)周期/關(guān)閉時(shí)間),。由于死區(qū)時(shí)間不受電流周期時(shí)長(zhǎng)變化的影響，因此可以毫不猶豫地進(jìn)行谷底導(dǎo)通,。
圖5：演示板能效比較(紅色：帶跳周期模式的CCFF,；綠色：關(guān)閉跳周期功能的CCFF,；紫色：CrM)
采用CCFF控制架構(gòu)，最大的好處莫過于提升能效,。采用傳統(tǒng)CrM(臨界導(dǎo)電模式)/BCM(邊界線導(dǎo)電模式),，在負(fù)載降低時(shí)，開關(guān)頻率上升；負(fù)載極低時(shí),，控制器可能進(jìn)入“跳周期模式”,，滋生可聽噪聲。而采用CCFF控制架構(gòu),，可以在負(fù)載降低時(shí)降低開關(guān)頻率,，減小功率損耗；在輕載時(shí),，控制器可以鉗位高于可聽噪聲頻段的較低頻率；負(fù)載極低時(shí),，則采用跳周期模式工作(可以輕易關(guān)閉),。因此，這種谷底導(dǎo)通可進(jìn)一步提升能效,，減小電磁干擾,。圖5比較了基于NCP1611CCFF PFC及傳統(tǒng)CrM PFC在不同負(fù)載條件下的能效。由圖中可見,，在10%輕載條件下,，基于帶跳周期模式的NCP1611的演示板的能效高達(dá)近97%(關(guān)閉跳周期模式下也達(dá)近96%)，而基于傳統(tǒng)CrM架構(gòu)的演示板能效僅為近87%,，相關(guān)近10%,。可見NCP1611在提升電源輕載能效方面表現(xiàn)尤為優(yōu)異,。
小結(jié)：
NCP1611 PFC控制器采用新穎及正待批專利的控制技術(shù)——電流控制頻率反走,，以臨界導(dǎo)電模式/不連續(xù)導(dǎo)電模式(DCM)工作，并帶有谷底開關(guān),，可在寬工作電源范圍下提供極佳能效,，在寬負(fù)載范圍下可提供高功率因數(shù)及良好的總諧波失真(THD)性能。這種新穎的PFC控制器與傳統(tǒng)CrM PFC控制器相比,，具有更高的故障處理能力,、更佳的瞬態(tài)響應(yīng)，可靈活支持不同偏置情形,。值得一提的是,，NCP1611 PFC控制器專門進(jìn)行了優(yōu)化，尤其適合平板電視,、電源適配器,、高能效計(jì)算機(jī)電源及LED驅(qū)動(dòng)器電源等應(yīng)用。