智能交錯―實(shí)現高效AC/DC電源的先進(jìn)PFC控制器

交錯是一種特殊的并聯(lián)方式，即在兩個(gè)或多個(gè)功率級 (通常稱(chēng)之為相位或通道) 之間存在獨特的相位關(guān)系，為了保持兩級設計所擁有的全部紋波電流消除優(yōu)勢，必須讓各個(gè)通道彼此間相差180°同差。由于每個(gè)通道都是針對處理50%功率而設計的，故同步的中斷或失敗，尤其是在負載超過(guò)最大額定電流的50%時(shí)，就可能造成整個(gè)設計的崩潰。

FAN9612采用飛兆半導體專(zhuān)有的同步方案Sync-Lock，可確保軟啟動(dòng)、軟中止(Soft-Stop)期間以及所有瞬態(tài)和穩態(tài)工作條件下近乎完美的180°同步。如果某個(gè)故障模式導致一個(gè)信道無(wú)法工作，內部重啟動(dòng)定時(shí)器會(huì )被激活，相當于高效的功率限制，可防止此通道提供全額定功率。所有這些同步和安全功能都完全由FAN9612處理，無(wú)須功率級冗余設計，從而能實(shí)現針對效率、性能和可靠性高度優(yōu)化的設計。

任何電源設計都要優(yōu)先考慮啟動(dòng)，PFC轉換器也不例外。對大多數PFC應用而言，穩壓輸出電壓設置點(diǎn)在400V 范圍之內，故只要有任何電壓過(guò)沖，尤其是在軟啟動(dòng)期間，就會(huì )對輸出大電容和開(kāi)關(guān)組件造成額外的應力。FAN9612能夠解決與啟動(dòng)有關(guān)的兩大重要問(wèn)題。第一是能夠在整個(gè)啟動(dòng)程序期間保持閉環(huán)軟啟動(dòng)。圖1所示為FAN9612專(zhuān)有軟啟動(dòng)電路的功能實(shí)現及啟動(dòng)程序仿真。

圖1 閉環(huán)軟啟動(dòng)性能

通過(guò)把參考電壓鉗位在誤差放大器反饋電壓，軟啟動(dòng)電容CSS 稍微預充電，加快初始化啟動(dòng)。更重要的是，誤差放大器輸出直接控制軟啟動(dòng)充電電流ISS(VCTRL)。因此，若誤差放大器接近飽和，電流源就減小VSS(t)，確保對誤差放大器輸出電壓的良好控制。不管在軟啟動(dòng)周期內后級DC/DC 轉換器從何處開(kāi)始消耗 PFC輸出的功率，FAN9612都可以在內部調節同相誤差放大器輸入以避免飽和，確保啟動(dòng)或重啟動(dòng)期間不會(huì )因瞬態(tài)故障條件而產(chǎn)生電壓過(guò)沖。

除了閉環(huán)軟啟動(dòng)工作模式之外，FAN9612還具有通過(guò)VOUT電阻分壓器網(wǎng)絡(luò )直接啟動(dòng)的可選功能。對于沒(méi)有足夠的輔助偏置電源電壓或待機電源的應用，啟動(dòng)任何高電壓IC都必須對VDD電容進(jìn)行充電，直到電壓達到控制IC欠壓鎖定(UVLO)導通閾值為止。這一般需要額外的電路，因而會(huì )增加功耗及降低效率。有些設計人員會(huì )采用這種方法：當通過(guò)自舉偏置(bootstrap bia)電源對PFC控制IC進(jìn)行供電時(shí)，關(guān)斷啟動(dòng)電路。雖然這種方案有助于降低功耗，但往往需要高側開(kāi)關(guān)和驅動(dòng)電路，從而增加外部組件的數目。FAN9612經(jīng)特別設計，無(wú)須外部啟動(dòng)電阻即可啟動(dòng)。在FB和VDD之間增加一個(gè)小信號二極管DSTART即可提供一條經(jīng)過(guò)RFB1的電流路徑，見(jiàn)圖2中的紅色虛線(xiàn)。一旦內部5V參考電壓有輸出，小信號MOSFET QSTART就被開(kāi)通，電阻反饋網(wǎng)絡(luò )即從啟動(dòng)功能中解脫出來(lái)。另外也可以根據情況，忽略DSTART和QSTART，采用傳統的啟動(dòng)方法。

圖2 交替式簡(jiǎn)化啟動(dòng)電路

對于感測AC輸入電壓的PFC電路，大多數控制器都需要一個(gè)外部?jì)蓸O濾波器來(lái)獲得RMS線(xiàn)電壓。雖然這對線(xiàn)路UVLO(也稱(chēng)為brown-out保護，即電壓過(guò)低保護)是可接受的，但兩極濾波器的慢速和低靈敏度會(huì )導致額外的線(xiàn)電流失真，從而妨礙利用 RMS 電壓信息來(lái)實(shí)現任何部分的PWM控制，比如電壓前饋。而FAN9612卻能夠通過(guò)感測AC輸入電壓的峰值來(lái)獲得RMS值。由于RMS值與線(xiàn)電壓峰值成比例，所需外部電路就從兩極濾波器簡(jiǎn)化為一個(gè)簡(jiǎn)單的電阻分壓器。如圖3所示，FAN9612利用經(jīng)過(guò)分壓(divided down)的峰值電壓信號來(lái)實(shí)現欠壓保護(VIN(UVLO))、輸入過(guò)壓保護(VIN(OVP))，以及電壓前饋(VIN(VFF))這些PWM控制任務(wù)。RIN1和RIN2的比值可用于設定VIN(OVP)、跳變點(diǎn)和欠壓保護級。FAN9612獨有的Brown out遲滯可編程特性，可通過(guò)內部2μA電流源和RIN(HYS)進(jìn)行設置。

圖3 輸入電壓感測電路