近年來(lái),，在一些對(duì)外形因數(shù)有嚴(yán)格要求的應(yīng)用中,，如纖薄型液晶電視或筆記本適配器等,，一種新興的功率因數(shù)校正(PFC)技術(shù)-交錯(cuò)式PFC的使用越來(lái)越多,。所謂交錯(cuò)式PFC，是在原本單個(gè)較大功率PFC段的地方并行放置2個(gè)功率為其一半的較小功率PFC段來(lái)替代,，參見(jiàn)圖1,。這兩個(gè)功率較小的PFC段以180°的相移交替工作，總輸入電流(I_L(tot))和輸出電流(I_D(tot))紋波都將大幅降低,。

    雖然交錯(cuò)式PFC使用相對(duì)較多的元器件,，但卻擁有很多優(yōu)勢(shì)。例如,，150 W的PFC比300 W PFC更易于設(shè)計(jì)、便于采取模塊化途徑,、散熱更好及可以擴(kuò)展臨界導(dǎo)電模式(CrM)應(yīng)用范圍等,。另外，兩個(gè)不連續(xù)導(dǎo)電模式(DCM) PFC看上去象一個(gè)連續(xù)導(dǎo)電模式(CCM) PFC,，簡(jiǎn)化了電磁干擾(EMI)濾波設(shè)計(jì),，減小輸出均方根(RMS)電流，從而減少損耗及發(fā)熱，提高設(shè)計(jì)的可靠性,。尤為值得稱道的是,，交錯(cuò)式PFC支持使用尺寸更小的元器件，從而利于纖薄設(shè)計(jì),，增強(qiáng)產(chǎn)品賣點(diǎn),。

圖1：采用兩顆NCP1601 PFC控制器實(shí)現(xiàn)的交錯(cuò)式PFC架構(gòu)功能框圖

    圖1所示的交錯(cuò)式PFC是一種分立式的解決方案，采用了2顆NCP1601芯片,。NCP1601是一款緊湊的固定頻率DCM或CrM PFC控制器,，采用SOIC-8或PDIP-8封裝，能夠充分利用DCM及CrM這兩種工作模式的優(yōu)勢(shì),，如DCM限制最大開(kāi)關(guān)頻率,，CrM限制升壓二極管、MOSFET及電感的最大電流,，降低成本及提升電路可靠性,。這2顆NCP1601 PFC控制器驅(qū)動(dòng)2個(gè)PFC分支，這2個(gè)分支同步但獨(dú)立工作,，從而保證了DCM工作模式(零電流檢測(cè)),，沒(méi)有CCM工作模式的風(fēng)險(xiǎn)，且在滿載條件下2個(gè)分支都進(jìn)入CrM工作模式,。

新穎的單芯片2相交錯(cuò)式PFC控制器

    與上述分立式交錯(cuò)PFC不同,，NCP1631是安森美半導(dǎo)體新推出的一款單芯片2相交錯(cuò)式PFC控制器，采用SOIC-16封裝,，替代2顆NCP1601,，驅(qū)動(dòng)2個(gè)PFC支路，提供接近1的高功率因數(shù),。這器件可以實(shí)現(xiàn)同樣的低高度設(shè)計(jì),，適合任何需要PFC的離線式應(yīng)用尤其是纖薄型如平板電視，典型應(yīng)用示意圖如圖2所示,。

    對(duì)于交錯(cuò)式PFC的2個(gè)支路而言,，有兩種方案來(lái)工作。其中一種是主/從方案,，即主支路自由工作,，而從支路以180°相移跟隨主支路工作。這種方案的主要挑戰(zhàn)是維持CrM工作(無(wú)CCM,，無(wú)死區(qū)時(shí)間),。另一種方案是交互相位方案，即每個(gè)相位都恰當(dāng)工作在CrM,，且兩個(gè)相位交互作用,，設(shè)定180°相移,。這種方案主要的挑戰(zhàn)是保持恰當(dāng)?shù)南嘁疲驗(yàn)殡m然維持了CrM工作,，但若其中某個(gè)相位的導(dǎo)通時(shí)間發(fā)生擾動(dòng),，則可能會(huì)讓180°相移減弱。NCP1631選擇的是交互相位方案,，兩個(gè)支路獨(dú)立工作,，故兩個(gè)相位必然工作在頻率鉗位臨界導(dǎo)電模式(FCCrM)，防止了出現(xiàn)不需要的死區(qū)時(shí)間或CCM序列的風(fēng)險(xiǎn),。此外,，NCP1631內(nèi)置振蕩器充當(dāng)交錯(cuò)式時(shí)鐘產(chǎn)生器，管理異相工作,，使兩個(gè)相位交互作用,，并在包括啟動(dòng)、過(guò)流保護(hù)(OCP)或瞬態(tài)序列等所有條件下持續(xù)180°相移工作,。

圖2：NCP1631典型應(yīng)用示意圖,。

    NCP1631滿載時(shí)工作在CrM，輕載時(shí)及接近線路過(guò)零點(diǎn)時(shí)工作在DCM,，從而充當(dāng)頻率鉗位(由振蕩器提供)的CrM工作器,，優(yōu)化完整負(fù)載范圍內(nèi)的能效。FCCrM還縮小要電磁干擾(EMI)濾波的頻率范圍,，不需要大尺寸電感以限制頻率范圍,，支持使用小尺寸電感，如使用150 µH電感(PQ2620)可用于寬主電源范圍的300 W PFC應(yīng)用,。此外,，NCP1631還支持頻率反走，降低輕載時(shí)的鉗位頻率,，進(jìn)一步改善輕載能效,。測(cè)試顯示，頻率反走技術(shù)不僅提升輕載和空載時(shí)的能效,。

圖3：NCP1631的引腳輸出及功能描述,。

       NCP1631具有高保護(hù)等級(jí)，提供過(guò)流保護(hù),、浪涌電流檢測(cè),、單獨(dú)引腳用于過(guò)壓保護(hù)(OVP)及欠壓保護(hù)(UVP)等。例如,，芯片上的CS引腳監(jiān)測(cè)負(fù)電壓V_CS,，由于V_CS與兩個(gè)交錯(cuò)式支路消耗的總輸入電流I_in成正比，故表示可監(jiān)測(cè)I_in,。其中CS引腳電流I_CS在CS引腳上保持0 V電壓,；若I_CS超過(guò)210 µA，就會(huì)觸發(fā)過(guò)流保護(hù),。這個(gè)CS引腳同樣提供浪涌電流檢測(cè),，當(dāng)I_CS超過(guò)14 µA(信號(hào)處于高電平)時(shí)，就會(huì)關(guān)閉輸出驅(qū)動(dòng),，防止損壞MOSFET,。芯片上單獨(dú)OVP/UVP引腳用于輸出過(guò)壓及欠壓保護(hù)。此外,，BO引腳用于輸入欠壓(BO)檢測(cè),，帶50 ms消隱延遲，符合維持時(shí)間要求,。NCP1631的輸出引腳功能描述見(jiàn)圖3,。

      NCP1631的另外一項(xiàng)重要特點(diǎn)是能夠提供“pfcOK”信號(hào)，能用于啟用/關(guān)閉下行轉(zhuǎn)換器,，簡(jiǎn)化下行轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì),。在PFC段正常工作時(shí)，pfcOK信號(hào)是高電平(5 V),，能夠用作5 V電源(電流能力5 mA),。否則，在任何時(shí)候檢測(cè)到重要故障(如欠壓鎖定條件,、熱關(guān)閉,、欠壓保護(hù)、輸入欠壓,、閂鎖/關(guān)閉,、R_t引腳開(kāi)路等)而關(guān)閉，或在PFC段獲得額定大電壓前的啟動(dòng)相位期間,，pfcOK信號(hào)處于低電平,。此外，NCP1631還具備前饋功能,，從而改善環(huán)路補(bǔ)償,。

能效測(cè)試結(jié)果及影響因素

    對(duì)于基于NCP1631的300 W、寬電壓范圍PFC預(yù)轉(zhuǎn)換器演示板而言,，輸出電壓通常為390 V,，滿載時(shí)輸出電流為770 mA，20%負(fù)載時(shí)則為154 mA,。這兩類輸出電流一般以相同工具測(cè)量,，在10%及20%這樣的輕載條件下測(cè)量必須特別細(xì)心，因?yàn)?/span>1 mA的誤差就可能導(dǎo)致較大的能效差別,。例如,，20%負(fù)載時(shí),，輸入功率為63 W，在154 mA正確值的基礎(chǔ)上,，若產(chǎn)生1 mA的誤差,，如測(cè)得為153 mA或155 mA，相應(yīng)的能效就分別為：100 x 390 x 0.153/63 = 94.7%,，及100 x 390 x 0.155/63 = 95.9%,，能效相差高達(dá)1.2%。

    值得注意的是,，PFC能效并不只取決于控制模式,，電感、MOSFET,、二極管,、EMI濾波器等都會(huì)影響能效。例如,，采用200 µH PQ2625電感與采用150 µH PQ2620電感時(shí),，約輸出負(fù)載高于約50%，則能效差別顯著,；相當(dāng),，在輕載條件下，由于頻率反走功能的緣故,，能效相差極小,。

圖4：對(duì)于基于NCP1631的300 W、寬電壓范圍PFC預(yù)轉(zhuǎn)換器演示板能效測(cè)試結(jié)果

    測(cè)試顯示,，對(duì)于基于NCP1631的300 W,、寬電壓范圍PFC預(yù)轉(zhuǎn)換器演示板具有極高能效。在20%至100%負(fù)載范圍下,，115 Vac線路電壓時(shí)能效高于95.8%,，230 Vac線路電壓時(shí)能效高于97.0%。

總結(jié)：

    交錯(cuò)式PFC支持使用較小的元器件,，能夠改善熱性能,、增大臨界導(dǎo)電模式(CrM)功率范圍并減小電流紋波，非常適合對(duì)外形因數(shù)要求極為嚴(yán)格的纖薄應(yīng)用,，如最新的超薄液晶電視等,。安森美半導(dǎo)體在此前以2顆較小NCP1601實(shí)現(xiàn)分立式交錯(cuò)式PFC的基礎(chǔ)上，新推出了新穎的2相式頻率鉗位臨界導(dǎo)電模式(FCCrM) PFC控制器NCP1631,，以單顆IC集成構(gòu)建強(qiáng)固及緊湊的2相交錯(cuò)式PFC段所需的全部特性,，且外部元件極少。FCCrM及NCP1631提供的頻率反走功能支持使用小電感,，測(cè)試顯示,，在完整負(fù)載范圍內(nèi)均提供高能效,。

參考資料：

1、《交錯(cuò)式功率因數(shù)校正》,，www.onsemi.cn/pub_link/Collateral/iPFC%20-%20Interleaved%20Power%20Factor%20Controller%20-%20bilingual.rev0.pdf,，安森美半導(dǎo)體

2、《交錯(cuò)式功率因數(shù)校正段特性》,，www.onsemi.com/pub/Collateral/AND8355-D.PDF，安森美半導(dǎo)體

3,、NCP1631數(shù)據(jù)手冊(cè),，www.onsemi.cn/pub/Collateral/NCP1631-D.PDF，安森美半導(dǎo)體