交錯式PFC技術(shù)趨勢及單芯片交錯式PFC控制器應用

近年來(lái)，在一些對外形因數有嚴格要求的應用中，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校正(PFC)技術(shù)-交錯式PFC的使用越來(lái)越多。所謂交錯式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(IL(tot))和輸出電流(ID(tot))紋波都將大幅降低。

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

圖1：采用兩顆NCP1601 PFC控制器實(shí)現的交錯式PFC架構功能框圖

圖1所示的交錯式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，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控制器驅動(dòng)2個(gè)PFC分支，這2個(gè)分支同步但獨立工作，從而保證了DCM工作模式(零電流檢測)，沒(méi)有CCM工作模式的風(fēng)險，且在滿(mǎn)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相交錯式PFC控制器
與上述分立式交錯PFC不同，NCP1631是安森美半導體新推出的一款單芯片2相交錯式PFC控制器，采用SOIC-16封裝，替代2顆NCP1601，驅動(dòng)2個(gè)PFC支路，提供接近1的高功率因數。這器件可以實(shí)現同樣的低高度設計，適合任何需要PFC的離線(xiàn)式應用尤其是纖薄型如平板電視，典型應用示意圖如圖2所示。

對于交錯式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是維持CrM工作(無(wú)CCM，無(wú)死區時(shí)間)。另一種方案是交互相位方案，即每個(gè)相位都恰當工作在CrM，且兩個(gè)相位交互作用，設定180°相移。這種方案主要的挑戰是保持恰當的相移，因為雖然維持了CrM工作，但若其中某個(gè)相位的導通時(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)支路獨立工作，故兩個(gè)相位必然工作在頻率鉗位臨界導電模式(FCCrM)，防止了出現不需要的死區時(shí)間或CCM序列的風(fēng)險。此外，NCP1631內置振蕩器充當交錯式時(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(OCP)或瞬態(tài)序列等所有條件下持續180°相移工作。

圖2：NCP1631典型應用示意圖。

NCP1631滿(mǎn)載時(shí)工作在CrM，輕載時(shí)及接近線(xiàn)路過(guò)零點(diǎn)時(shí)工作在DCM，從而充當頻率鉗位(由振蕩器提供)的CrM工作器，優(yōu)化完整負載范圍內的能效。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。