增強的PFC控制器NCL2801用于照明應用提供更高能效和更優(yōu)的THD

　　安森美半導體最新的NCL2801電流模式臨界導通型 (CrM)功率因數校正(PFC) 升壓控制器IC，適用于模擬/脈寬調制(PWM)可調光LED驅動(dòng)器。該器件的市場(chǎng)優(yōu)勢是優(yōu)化的總諧波失真(THD)性能，同時(shí)在寬負載條件下最大化系統能效，在啟動(dòng)和動(dòng)態(tài)負載期間還具備更小的過(guò)沖/下沖，線(xiàn)性電平檢測實(shí)現最優(yōu)化的環(huán)路增益控制，集成誤差放大器易于環(huán)路設計和降低功耗。采用SOIC-8的小外形封裝，并集成一系列保護特性，提供較高的系統可靠性。此外，多個(gè)Vcc啟動(dòng)門(mén)限提高設計靈活性。

　　NCL2801的關(guān)鍵特性

　　NCL2801的關(guān)鍵特性包括：基于創(chuàng )新的谷底計數頻率反走(Valley Count Frequency Fold-back, or VCFF)方法、THD增強技術(shù)、動(dòng)態(tài)響應增強、軟過(guò)壓保護(OVP)/快速OVP、線(xiàn)性前饋、寬Vcc范圍(10.5 V至28 V)/多個(gè)Vcc啟動(dòng)門(mén)限、跨導誤差放大器(OTA)、高驅動(dòng)能力(-500/ +800 mA)，以及欠壓保護、熱關(guān)斷、OVP、過(guò)流保護、開(kāi)路/短路保護等等。

　　NCL2801有不同的版本，各版本的可選特性如下表所示，默認版本為NCL2801CDA DR2G。設計人員可根據具體應用需求選用合適的版本，提供更高的設計靈活性。

　　表1：NCL2801各版本的可選特性

　　200 W PFC級參考設計

　　采用NCL2801設計200 W輸出功率的 PFC級參考設計板如圖2所示。線(xiàn)性電壓范圍90 V至305 V。

　　圖1：NCL2801應用框圖

　　圖2：NCL2801驅動(dòng)的200 W PFC級參考設計板

　　1. VCFF 在寬負載范圍最優(yōu)化能效

　　在重載電流條件下，NCL2801在CrM模式下工作，計為1個(gè)谷底開(kāi)關(guān)。隨著(zhù)輸出功率減小，頻率降低，當VCTRL引腳電壓低于閾值電壓時(shí)，該控制器進(jìn)入非連續導通模式(DCM)，開(kāi)始增加谷底開(kāi)關(guān)計數。在6個(gè)谷底開(kāi)關(guān)之后，若輸出功率繼續減小，則增加額外的死區時(shí)間?？偹绤^時(shí)間不超過(guò)36.5 us，最小開(kāi)關(guān)頻率不低于27.4 kHz。開(kāi)關(guān)頻率取決于輸出電壓、輸入電壓和升壓電感值，并隨負載功率增加而增加。閾值電壓可通過(guò)Rcs來(lái)設定，提供設計靈活性。VCFF最大化DCM期間和輕載條件下的能效并降低待機功耗。同頻率鉗位臨界導通型(FCCrM)控制器一樣，即使開(kāi)關(guān)頻率降低，內部電路也使功率因數接近1。

　　2. THD增強

　　通過(guò)在電路倍增器輸出端添加一個(gè)偏置電壓以增加導通時(shí)間，從而提升THD性能。如圖3所示，200 W評估板在305 Vac、滿(mǎn)載時(shí)的THD <5%，在277 Vac、50%負載時(shí)的THD<6%，在230 Vac、25%負載時(shí)的THD<7%。

　　圖3：200 W評估板在不同Vac、負載時(shí)的THD性能

　　3. 快速線(xiàn)性/負載瞬態(tài)補償

　　由于傳統PFC級回路響應慢，負載或輸入電壓的突然變化可能會(huì )導致明顯的下沖或過(guò)沖。而NCL2801利用動(dòng)態(tài)響應增強技術(shù)，減小輸出下沖;其軟 OVP/快速OVP特性，減小輸出過(guò)沖。

　　4. 線(xiàn)性電平檢測

　　通過(guò)調整倍增器增益值對比線(xiàn)性電壓狀態(tài)，線(xiàn)性電平檢測電路支持更優(yōu)化的環(huán)路增益控制，在寬輸入條件下保持穩定工作。

　　5. 跨導誤差放大器

　　跨導誤差放大器的跨導增益典型值為200 us，最大電流+/-20 uA，該PFC級的輸出電壓通過(guò)一個(gè)并聯(lián)電阻而降低，偏置電流最小化以支持使用高阻抗反饋網(wǎng)絡(luò )，從而簡(jiǎn)化環(huán)路設計，降低功耗。

　　6. 圖騰柱輸出

　　NCL2801結合一個(gè)-0.5/+0.8 A的門(mén)極驅動(dòng)器，提供高效驅動(dòng)功率MOSFET的能力。

　　7. 豐富的保護特性

　　NCL2801通過(guò)集成一系列的保護特性，如過(guò)壓保護、過(guò)流保護、熱關(guān)斷、欠壓檢測、開(kāi)/短路保護等，持續檢測輸入電壓和輸出電壓、MOSFET電流和芯片溫度，以保護系統免受損害，使PFC級極其強固和可靠。

　　布板及抗噪聲考量

　　NCL2801對噪聲不是特別敏感，但在布板時(shí)仍需考慮以下幾點(diǎn)以盡量?jì)?yōu)化系統性能：

　　? 電源環(huán)路面積必須最小化

　　? 接地電源采用星形配置，提供電流返回路徑

　　? 接地電路采用星形配置

　　? 接地電源和接地電路應通過(guò)一個(gè)單一的路徑連接，不能使用環(huán)路

　　? 此路徑最好在靠近電流檢測電阻接地端處連接接地電路和接地電源

　　? 應在電路Vcc和GND引腳間放置一個(gè)100 nF 或200 nF 的電容，及最小化連接長(cháng)度

　　? 建議在FB引腳放置一個(gè)濾波電容，以保護引腳免受周?chē)赡艿脑肼曈绊?。但這濾波電容必須很小，不會(huì )使通過(guò)FB引腳檢測的電壓失真。

　　總結

　　NCL2801電流模式CrM升壓PFC控制器IC利用安森美半導體的THD增強技術(shù)在寬負載范圍提供同類(lèi)最佳的THD性能，而創(chuàng )新的VCFF法提高能效和降低功耗，一系列的保護特性提供高可靠性，是LED照明應用及其他要求高能效、低待機功耗、低THD、高可靠性的PFC前端應用的理想選擇，采用SOIC-8 封裝，可實(shí)現緊湊的設計。多個(gè)不同版本滿(mǎn)足不同的設計需求，提高設計靈活性。