NCP1631满载时工作在CrM,轻载时及接近线路过零点时工作在DCM,从而充当频率钳位(由振荡器提供)的CrM工作器,优化完整负载范围内的能效。FCCrM还缩小要电磁干扰(EMI)滤波的频率范围,不需要大尺寸电感以限制频率范围,支持使用小尺寸电感,如使用150 ?H电感(PQ2620)可用于宽主电源范围的300 W PFC应用。此外,NCP1631还支持频率反走,降低轻载时的钳位频率,进一步改善轻载能效。测试显示,频率反走技术不仅提升轻载和空载时的能效。
图3:NCP1631的引脚输出及功能描述。
NCP1631具有高保护等级,提供过流保护、浪涌电流检测、单独引脚用于过压保护(OVP)及欠压保护(UVP)等。例如,芯片上的CS引脚监测负电压VCS,由于VCS与两个交错式支路消耗的总输入电流Iin成正比,故表示可监测Iin。其中CS引脚电流ICS在CS引脚上保持0 V电压;若ICS超过210 ?A,就会触发过流保护。这个CS引脚同样提供浪涌电流检测,当ICS超过14 ?A(信号处于高电平)时,就会关闭输出驱动,防止损坏MOSFET。芯片上单独OVP/UVP引脚用于输出过压及欠压保护。此外,BO引脚用于输入欠压(BO)检测,带50 ms消隐延迟,符合维持时间要求。NCP1631的输出引脚功能描述见图3。
NCP1631的另外一项重要特点是能够提供“pfcOK”信号,能用于启用/关闭下行转换器,简化下行转换器设计。在PFC段正常工作时,pfcOK信号是高电平(5 V),能够用作5 V电源(电流能力5 mA)。否则,在任何时候检测到重要故障(如欠压锁定条件、热关闭、欠压保护、输入欠压、闩锁/关闭、Rt引脚开路等)而关闭,或在PFC段获得额定大电压前的启动相位期间,pfcOK信号处于低电平。此外,NCP1631还具备前馈功能,从而改善环路补偿。
能效测试结果及影响因素
对于基于NCP1631的300 W、宽电压范围PFC预转换器演示板而言,输出电压通常为390 V,满载时输出电流为770 mA,20%负载时则为154 mA。这两类输出电流一般以相同工具测量,在10%及20%这样的轻载条件下测量必须特别细心,因为1 mA的误差就可能导致较大的能效差别。例如,20%负载时,输入功率为63 W,在154 mA正确值的基础上,若产生1 mA的误差,如测得为153 mA或155 mA,相应的能效就分别为:100 x 390 x 0.153/63 = 94.7%,及100 x 390 x 0.155/63 = 95.9%,能效相差高达1.2%。
值得注意的是,PFC能效并不只取决于控制模式,电感、MOSFET、二极管、EMI滤波器等都会影响能效。例如,采用200 ?H PQ2625电感与采用150 ?H PQ2620电感时,约输出负载高于约50%,则能效差别显著;相当,在轻载条件下,由于频率反走功能的缘故,能效相差极小。
图4:对于基于NCP1631的300 W、宽电压范围PFC预转换器演示板能效测试结果
测试显示,对于基于NCP1631的300 W、宽电压范围PFC预转换器演示板具有极高能效。在20%至100%负载范围下,115 Vac线路电压时能效高于95.8%,230 Vac线路电压时能效高于97.0%。
总结:
交错式PFC支持使用较小的元器件,能够改善热性能、增大临界导电模式(CrM)功率范围并减小电流纹波,非常适合对外形因数要求极为严格的纤薄应用,如最新的超薄液晶电视等。安森美半导体在此前以2颗较小NCP1601实现分立式交错式PFC的基础上,新推出了新颖的2相式频率钳位临界导电模式(FCCrM) PFC控制器NCP1631,以单颗IC集成构建强固及紧凑的2相交错式PFC段所需的全部特性,且外部元件极少。FCCrM及NCP1631提供的频率反走功能支持使用小电感,测试显示,在完整负载范围内均提供高能效。