高效能PFC控制器NCP1623：設(shè)計(jì)與應(yīng)用詳解

在電源管理領(lǐng)域，功率因數(shù)校正（PFC）技術(shù)對(duì)于提高電源效率、降低諧波失真至關(guān)重要。今天，我們將深入探討安森美（onsemi）的一款增強(qiáng)型、高效能PFC控制器——NCP1623。這款控制器在優(yōu)化PFC級(jí)效率、提供全面保護(hù)功能方面表現(xiàn)出色，適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景。

文件下載：onsemi NCP1623 CrM功率因數(shù)控制器.pdf

產(chǎn)品概述

NCP1623是一款極為緊湊的PFC控制器，旨在優(yōu)化整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)PFC級(jí)的效率，并集成了多種保護(hù)功能，確保系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。它具有低啟動(dòng)電流、寬Vcc范圍、輸出級(jí)圖騰柱設(shè)計(jì)等特點(diǎn)，適用于對(duì)成本效益、可靠性、高功率因數(shù)和效率有較高要求的系統(tǒng)，如USB - PD、平板電視、工業(yè)電源等。

典型應(yīng)用電路

封裝外形 (TSOP-6)

封裝外形 (SOIC-8)

關(guān)鍵特性

低啟動(dòng)電流與寬Vcc范圍

A和C版本的Vcc(ON)典型值為10.5 V，適用于由外部電源供電的應(yīng)用，其最大啟動(dòng)電平（11.25 V）方便從傳統(tǒng)12 - V導(dǎo)軌為電路供電。啟動(dòng)后，高達(dá)30 V的Vcc最大額定值允許寬范圍的Vcc操作，簡(jiǎn)化了電路供電設(shè)計(jì)。

輸出級(jí)圖騰柱

NCP1623集成了 - 0.5 A / +0.8 A的柵極驅(qū)動(dòng)器，能夠高效驅(qū)動(dòng)70至300 W電源中常用的大多數(shù)功率FET。內(nèi)部鉗位將DRV引腳電壓限制在最大14 V，以兼容行業(yè)MOSFET的典型柵源最大額定值。

谷同步頻率折返（VSFF）

該技術(shù)使PFC級(jí)在臨界導(dǎo)通模式（CrM）下運(yùn)行，直到功率降至閾值以下，然后進(jìn)入不連續(xù)導(dǎo)通模式（DCM），并隨著負(fù)載進(jìn)一步下降延長(zhǎng)死區(qū)時(shí)間。通過(guò)延遲MOSFET導(dǎo)通至漏源電壓谷底，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的谷值導(dǎo)通，提高效率。同時(shí)，最小頻率鉗位防止系統(tǒng)工作在可聽(tīng)頻率范圍內(nèi)，并且通過(guò)導(dǎo)通時(shí)間調(diào)制確保在CrM和DCM操作中實(shí)現(xiàn)接近單位功率因數(shù)。

緊湊設(shè)計(jì)與多功能引腳

采用CS/ZCD多功能引腳，基于新穎技術(shù)實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)控制和多種保護(hù)功能，封裝尺寸小（TSOP6或SOIC8），外部組件少。NCP1623A在低線(xiàn)條件下強(qiáng)制降低輸出調(diào)節(jié)水平，提高PFC級(jí)效率并減小尺寸。

反饋瞬態(tài)控制

• 軟啟動(dòng)：?jiǎn)?dòng)時(shí)，IVCTRL(START)為外部補(bǔ)償電容提供適當(dāng)電流，實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)。當(dāng)FB電壓接近VREF時(shí)，OTA的源電流降至0 A，PFCOK信號(hào)置高，IVCTRL(START)關(guān)閉。
• 動(dòng)態(tài)響應(yīng)增強(qiáng)器（DRE）：當(dāng)負(fù)載電流突然增加導(dǎo)致輸出電壓下沖時(shí)，DRE被激活。內(nèi)部比較器監(jiān)測(cè)FB引腳，當(dāng)電壓低于95.5% VREF時(shí)，提供200 μA的IVCTRL(DRE)，加速補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)充電，使環(huán)路增益增加10倍。
• 軟/快速過(guò)壓保護(hù)（SOVP, FOVP）：輸出過(guò)沖時(shí)，首先比較FB電壓和軟OVP閾值VFB(SOVP)觸發(fā)軟OVP，逐漸減小導(dǎo)通時(shí)間以平穩(wěn)降低功率。如果FB電壓高于快速OVP閾值VFB(FOVP)，則立即禁用開(kāi)關(guān)。在低線(xiàn)條件下，A版本啟用跟隨升壓時(shí)，軟和快速OVP閾值會(huì)提高。
• 欠壓保護(hù)（UVP）：如果FB引腳電壓接近0 V（如低交流線(xiàn)路或反饋網(wǎng)絡(luò)故障），則關(guān)閉FET開(kāi)關(guān)。FB引腳的灌電流IFB(UVP)最小化至小于450 nA，允許使用高阻抗反饋電阻網(wǎng)絡(luò)。

過(guò)流和過(guò)應(yīng)力保護(hù)（OCP, OVS）

監(jiān)測(cè)FET電流，當(dāng)超過(guò)OCP限制時(shí)關(guān)閉FET。當(dāng)電流因電感飽和或旁路二極管短路達(dá)到OVS閾值時(shí)，暫停FET開(kāi)關(guān)800 μs。

欠壓保護(hù)（BO）

（A和C版本禁用）檢測(cè)交流線(xiàn)路電壓過(guò)低情況，停止操作，保護(hù)PFC級(jí)免受過(guò)度應(yīng)力。

二次過(guò)壓保護(hù)（OVP2）

（C版本專(zhuān)用）使用CS/ZCD多功能引腳檢測(cè)過(guò)高輸出電壓，防止反饋網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)輸出電壓失控。

熱關(guān)斷（TSD）

內(nèi)部熱電路在結(jié)溫超過(guò)150°C時(shí)禁用柵極驅(qū)動(dòng)，溫度降至約100°C（50°C遲滯）時(shí)恢復(fù)操作。

禁用功能（SOIC8封裝專(zhuān)用）

DIS引腳可禁用NCP1623的大部分內(nèi)部模塊，最小化VCC電源電流。

應(yīng)用信息

頻率控制

谷同步頻率折返（VSFF）

PFC級(jí)在功率高于閾值時(shí)工作在CrM，低于閾值時(shí)進(jìn)入DCM，死區(qū)時(shí)間隨功率降低而延長(zhǎng)。通過(guò)調(diào)節(jié)VCTRL引腳電壓選擇操作模式和調(diào)整死區(qū)時(shí)間，MOSFET導(dǎo)通延遲至漏源電壓谷底，提高效率。同時(shí)，導(dǎo)通時(shí)間調(diào)制補(bǔ)償DCM中的死區(qū)時(shí)間，確保單位功率因數(shù)，最小頻率鉗位防止可聽(tīng)頻率。

最小開(kāi)關(guān)頻率

DCM死區(qū)時(shí)間是VCTRL(FF - EN) - VCTRL的增函數(shù)，頻率折返功能降低輕載開(kāi)關(guān)頻率以?xún)?yōu)化效率。內(nèi)部最小頻率邏輯將開(kāi)關(guān)頻率限制在可聽(tīng)頻率以上，典型值在31 kHz（立即檢測(cè)到谷底）至28 kHz（未檢測(cè)到谷底）之間。

導(dǎo)通時(shí)間調(diào)制

在CrM和DCM中，通過(guò)調(diào)制導(dǎo)通時(shí)間，使輸入電流與輸入電壓成正比，確保功率因數(shù)無(wú)下降，功率傳輸無(wú)間斷。

反饋調(diào)節(jié)

OTA和VCTRL功能

提供跨導(dǎo)誤差放大器（OTA），F(xiàn)B參考電壓為2.5 V，典型跨導(dǎo)增益為200 μS，最大輸出電流約為±20 μA。VCTRL引腳用于外部環(huán)路補(bǔ)償，控制導(dǎo)通時(shí)間、VSFF中的死區(qū)時(shí)間、跳過(guò)模式和STATICOVP。

跟隨升壓（A版本專(zhuān)用）

在低線(xiàn)條件下，通過(guò)反饋引腳提供電流IFB(LL)，降低輸出電壓，優(yōu)化PFC級(jí)效率，減小尺寸和成本。

反饋瞬態(tài)控制

通過(guò)軟啟動(dòng)、DRE、SOVP、FOVP和UVP等功能，應(yīng)對(duì)輸出電壓的瞬態(tài)變化，確保輸出電壓穩(wěn)定。

電流檢測(cè)和零電流檢測(cè)

過(guò)流保護(hù)（OCP和OVS）

當(dāng)VCS/ZCD達(dá)到過(guò)流閾值（500 mV VCS(OCP)）或過(guò)應(yīng)力水平（750 mV VCS(OVS)）時(shí)，關(guān)閉FET。

零電流檢測(cè)（ZCD）

在漏源電壓谷底導(dǎo)通DRV，最小化開(kāi)關(guān)損耗和噪聲。未檢測(cè)到ZCD信號(hào)時(shí)，內(nèi)部看門(mén)狗定時(shí)器啟動(dòng)下一個(gè)驅(qū)動(dòng)脈沖。

線(xiàn)路感應(yīng)

通過(guò)低通濾波的CS/ZCD電壓檢測(cè)輸入電壓，快速響應(yīng)線(xiàn)路瞬態(tài)變化。

欠壓保護(hù)

檢測(cè)交流線(xiàn)路電壓過(guò)低情況，通過(guò)逐漸降低VCTRL電壓，避免立即禁用驅(qū)動(dòng)。

二次過(guò)壓保護(hù)（OVP2）

檢測(cè)過(guò)高輸出電壓，防止反饋網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)輸出電壓失控。

熱關(guān)斷

結(jié)溫超過(guò)150°C時(shí)，禁用電路柵極驅(qū)動(dòng)，溫度下降后恢復(fù)操作。

關(guān)斷模式

當(dāng)檢測(cè)到UVLO、TSD、UVP、STATICOVP等故障時(shí)，進(jìn)入關(guān)斷模式，VCTRL接地，PFCOK信號(hào)置低，大部分電路休眠。

禁用功能

DIS引腳電壓超過(guò)DIS睡眠模式進(jìn)入電壓時(shí)，禁用NCP1623操作，降低VCC電流消耗。

輸出驅(qū)動(dòng)

DRV引腳的輸出級(jí)采用圖騰柱設(shè)計(jì)，優(yōu)化交叉導(dǎo)通電流，適用于高頻操作，能夠有效驅(qū)動(dòng)高柵極電荷功率FET。

故障檢測(cè)

集成多種故障檢測(cè)功能，如FB引腳開(kāi)路保護(hù)、GND引腳開(kāi)路保護(hù)、CZ/ZCD引腳短路保護(hù)、旁路二極管短路保護(hù)等，確保系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。

訂購(gòu)信息與版本選項(xiàng)

NCP1623提供TSOP - 6和SOIC - 8兩種封裝，有A和C兩個(gè)版本可供選擇，不同版本在跟隨升壓、最大導(dǎo)通時(shí)間、OVP2保護(hù)等方面存在差異，工程師可根據(jù)具體應(yīng)用需求進(jìn)行選擇。

總結(jié)

NCP1623是一款功能強(qiáng)大、性能優(yōu)越的PFC控制器，通過(guò)多種先進(jìn)技術(shù)和保護(hù)功能，實(shí)現(xiàn)了高效能、高功率因數(shù)和可靠運(yùn)行。在設(shè)計(jì)電源系統(tǒng)時(shí)，電子工程師可以根據(jù)實(shí)際需求，充分利用NCP1623的特性，優(yōu)化PFC級(jí)設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)的整體性能。

在實(shí)際應(yīng)用中，你是否遇到過(guò)類(lèi)似PFC控制器的選型和設(shè)計(jì)難題？你對(duì)NCP1623的哪些特性最感興趣？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和想法。