電源設計更快更好，高效能圖騰柱PFC應用須知

現今電源供應器市場(chǎng)為因應全球減碳活動(dòng)，已經(jīng)將效能目標設定為更高效率、減少損失、節省能源、降低成本、提高系統容量為主。安森美(onsemi)提出最新高效能Totem Pole(圖騰柱) 結合全橋整流器之PFC IC NCP1680/1681設計方案，相較傳統PFC之轉換效率可以提升3%~4%，符合未來(lái)電源供應器之節省能源，降低成本，提高系統容量之訴求。加上NCP1680/1681快速的負載暫態(tài)補償響應，以及高規格安規等級各式保護功能，特別是具有PFC-OK訊號供應后級電源時(shí)序控制，NCP1680/1681應用達到高效率，高功率因子，以及高穩定性PFC應用。

為何要選用圖騰柱 PFC ？

以240W電源供應器設計為例，現行常用的傳統PFC 級+LLC諧振DC-DC Convert的效率已經(jīng)可以達到極致(97%+97%)，但主要功耗來(lái)自于橋式整流器(Bridge Diode)，約占18% (以240W輸出功率計算)，而且橋式整流器需要散熱器(Heak Sink)幫助降溫，導致材料成本無(wú)法節省，如下圖。

為了減少橋式整流器的損耗，可以將四顆二極體改用MOSFET取代，另外PFC 輸出整流二極體亦可以改用MOSFET，以主動(dòng)式IC控制M0SFET開(kāi)關(guān)來(lái)達到降低二極體損耗，此一設計雖然可以降低損耗提升效率，但付出的代價(jià)是高昂的材料成本(低Rds_on 的MOSFET價(jià)格是Diode的數倍)。

3.僅需將幾個(gè)元件換位及移除就可以改成圖騰柱PFC 架構，一樣可以達到降低損耗的效果，如下圖。

4.無(wú)橋式整流器圖騰柱 PFC 的電路僅需四個(gè)MOSFET 切換元件，其中靠近輸入電源端定義為慢速臂(頻率同輸入電源50/60HZ)，靠近負載端(Bulk 電容)定義為快速臂

 (65KHZ~100KHZ)，慢速臂可以用一般的Super Junction MOSFET，快速臂建議用第三代 半導體(GaN or SiC) MOSFET，可以達到最佳的效率。

Totem Pole PFC動(dòng)作說(shuō)明

以上便是針對安森美圖騰柱PFC IC NCP1681/1680工作原理的說(shuō)明，是否讓您在設計初期對于圖騰柱 PFC的工作原理有初步的概念了呢？事實(shí)上，隨著(zhù)各家電源供應器設計大廠(chǎng)陸續導入 NCP1680/1681 Totem Pole PFC 設計，有越來(lái)越多除錯(Debug)的經(jīng)驗累積，接下來(lái)本文將會(huì )針對 NCP1680/1681 應用須知及除錯經(jīng)驗分享，以利后進(jìn)設計者能節省時(shí)間，更快上手。

NCP1681高功率圖騰柱PFC控制器

NCP1681高功率圖騰柱PFC控制器，主要為超高密度大功率離線(xiàn)電源，包括服務(wù)器電源、高性能計算機電源、通訊電源、工業(yè)電源和OLED電視電源等應用而推出。NCP1681專(zhuān)用于無(wú)橋圖騰柱功率因數校正(TP PFC)拓撲結構，工作在通用電源輸入電壓(90 - 265 Vac)，將非數字類(lèi)控制TP PFC設計的優(yōu)勢擴展到kW功率。滿(mǎn)足具有挑戰性的能效標準，如 “80Plus ”或 “CoC Tier 2”等在寬負載范圍都需要達到高能效標準的應用場(chǎng)合提供有效解決方案，同時(shí)減少設計時(shí)間和成本，使方案能更快地交付給市場(chǎng)。在高壓輸入下，NCP1681 TP PFC方案的效率將達近99%。

一、PCB Layout 須知

二、Totem Pole PFC 開(kāi)機建議步驟

1.先斷開(kāi)次級側電路(DC-DC Converter)，單獨測試PFC Stage ，Vcc 由外部直流電源供應器供電，AC 輸入電壓緩慢增加(限制輸入電流)。

2.觀(guān)察電感電流及輸出電壓波形，若有電流不平衡非Sinewave或目標電壓達不到，要立刻關(guān)機檢查。

3.慢慢加載(高壓負載)，持續觀(guān)察電感電流是否平衡？若有出現不平衡現象就要立刻關(guān)機檢查。

三、波形量測及問(wèn)題除錯

因 PCB Layout 與 NCP1680/1681 開(kāi)機成敗有很密切的關(guān)系，文中PCB Layout Guide系累積許多失敗經(jīng)驗整理而成，請務(wù)必遵循上述Layout Guide執行，可避免走很多冤枉路。另外，依據筆者經(jīng)驗，電感電流正弦波形是判定圖騰柱PFC正常動(dòng)作與否的觀(guān)察重點(diǎn)，若有失真現象，務(wù)必找出問(wèn)題再進(jìn)行操作。