新品推出背景

PFC 工作在臨界導(dǎo)通模式 (CRM) 具有諸多優(yōu)點(diǎn)，如控制策略簡(jiǎn)單，環(huán)路易于穩(wěn)定，功率開(kāi)關(guān)管工作在零電流開(kāi)通工況，開(kāi)通損耗低且無(wú)需使用成本較高的快恢復(fù)二極管等，因此適用于 250W 以下的功率段的應(yīng)用。而當(dāng)功率等級(jí)進(jìn)一步提高，單級(jí) PFC 設(shè)計(jì)將變得愈加困難，CRM 運(yùn)行的缺點(diǎn)（如峰值電流大，電流紋波大等）將愈加明顯。

特別是一些對(duì)外形和體積有特殊要求的應(yīng)用場(chǎng)合，如纖薄型液晶顯示器，筆記本適配器，游戲主機(jī)等，單級(jí) PFC 的電感體積大，散熱難處理，空間布局困難。針對(duì)上述應(yīng)用痛點(diǎn)，必易微推出高性能，雙相交錯(cuò)并聯(lián)，臨界導(dǎo)通模式 PFC 控制器 KP2822，以提供大功率，高性能，低系統(tǒng)成本的 PFC 解決方案。

KP2822 典型系統(tǒng)框圖

雙相交錯(cuò)并聯(lián)的優(yōu)勢(shì)

優(yōu)勢(shì) 1

輸入電流紋波減小

雙相 180° 錯(cuò)相運(yùn)行，電感電流紋波相互抵消，故輸入電流紋波顯著減小。當(dāng)驅(qū)動(dòng)脈寬占空比為 0.5(VIN=VOUT/2) 時(shí)，輸入電流紋波的理論值為 0A。

不同占空比下交錯(cuò)并聯(lián)電流波形

優(yōu)勢(shì) 2

單路 Boost 電感尺寸減小，

功率器件熱量分散

交錯(cuò)并聯(lián) PFC 的單路 Boost 電感所需儲(chǔ)存的能量是單級(jí) PFC 的 Boost 電感的一半，單路磁芯尺寸減半，同時(shí)單路 MOSFET 和續(xù)流二極管的電流應(yīng)力是單級(jí) PFC 的一半，有利于扁平化設(shè)計(jì)和空間布局的優(yōu)化。

單級(jí) PFC 與交錯(cuò)并聯(lián) PFC 的

單路電流應(yīng)力對(duì)比

優(yōu)勢(shì) 3

輸出電容紋波電流減小

以占空比 D>0.5 為例，如下圖所示為續(xù)流電流(單級(jí)為續(xù)流二極管電流，交錯(cuò)并聯(lián)為兩個(gè)續(xù)流二極管電流之和)的波形，續(xù)流電流等于電容電流和負(fù)載電流之和。相同功率下，負(fù)載電流相同，而續(xù)流電流有效值減小，電容電流有效值減小，因此電容 ESR 帶來(lái)的損耗減小，電容溫升減小，提高了電容的壽命，電流應(yīng)力減小，提高了系統(tǒng)的可靠性。

單級(jí) PFC 和交錯(cuò)并聯(lián) PFC

的續(xù)流電流對(duì)比

KP2822 產(chǎn)品亮點(diǎn)

KP2822 內(nèi)部集成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)碾p相交錯(cuò)時(shí)鐘控制邏輯，在所有工況都能夠可靠地實(shí)現(xiàn)兩路相位相差 180° 的工作方式，從而實(shí)現(xiàn)上述交錯(cuò)并聯(lián)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)。

KP2822 芯片引腳圖

除此之外，KP2822 還具有諸多優(yōu)點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)高性能、可靠的 PFC 功能。

亮點(diǎn) 1

最大導(dǎo)通時(shí)間 TONMAX可調(diào)

芯片 Rset 引腳的對(duì)地電阻，用于配置最大導(dǎo)通時(shí)間 TONMAX。根據(jù)功率等級(jí)，過(guò)載要求以及 Boost 電感量，用戶(hù)可選擇合適的電阻值。

不同阻值下芯片 TONMAX參數(shù)表

亮點(diǎn) 2

輸入線電壓前饋，過(guò)載一致性好

芯片的 BOP 管腳通過(guò)電阻分壓和濾波得到輸入線電壓的幅值，一方面可用于輸入欠壓保護(hù) (BOP)，另一方面通過(guò)輸入線電壓前饋電路作用到驅(qū)動(dòng)脈寬 TON的閉環(huán)控制中，這樣系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及功率輸出能力與輸入線電壓實(shí)現(xiàn)解耦，輸出功率僅僅取決于 COMP 管腳電壓的大小，過(guò)載一致性好。

過(guò)載功率隨輸入電壓變化的曲線

亮點(diǎn) 3

PF 和 THD 優(yōu)化

KP2822 采用閉環(huán)的控制算法，對(duì)驅(qū)動(dòng)脈寬 TON進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，在 CRM 和 DCM (斷續(xù)導(dǎo)通模式)下都可實(shí)現(xiàn)輸入電流的平均值(開(kāi)關(guān)周期內(nèi))與輸入電壓的瞬時(shí)幅值成正比，從而理論上實(shí)現(xiàn) PF=1 的目標(biāo)，且 THD 很低。如下圖所示為 300W Demo 板測(cè)試數(shù)據(jù) (Rset=22kΩ，環(huán)路補(bǔ)償參數(shù)為 Cp=620nF，Cz=2μF，Rz=33kΩ)。

300W Demo 不同輸入電壓下

全負(fù)載范圍 PF 和 THD 數(shù)據(jù)

亮點(diǎn) 4

谷底導(dǎo)通功能

芯片通過(guò) Boost 電感的輔助繞組電壓來(lái)判斷 Boost 電感是否消磁結(jié)束。當(dāng) Boost 電壓退磁后，功率開(kāi)關(guān)管的 DRAIN 管腳電壓開(kāi)始以整流后的輸入電壓 VIN為中心振蕩。KP2822 采用準(zhǔn)諧振的工作模式，在 DRAIN 管腳電壓振蕩至谷底時(shí)再次導(dǎo)通，從而大幅降低系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)損耗。同時(shí)在不同頻率下，谷底位置保持一致，也有利于 THD 的改善。

KP2822 谷底導(dǎo)通的原理和實(shí)驗(yàn)波形

亮點(diǎn) 5

降頻工作點(diǎn)可調(diào)

當(dāng)負(fù)載功率降低時(shí)，功率開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通損耗降低，開(kāi)關(guān)損耗占主導(dǎo)。為了提高輕載工況下系統(tǒng)的效率，常見(jiàn)的做法是降低開(kāi)關(guān)頻率以減小開(kāi)關(guān)損耗。KP2822 的 FF 管腳可用于配置降頻工作點(diǎn)，客戶(hù)可根據(jù)應(yīng)用需求，靈活地選擇降頻開(kāi)始的功率。而當(dāng)功率非常小或空載時(shí)，KP2822 通過(guò)打嗝模式進(jìn)一步降低輕載損耗和待機(jī)損耗。

不同降頻配置參數(shù)下的系統(tǒng)效率對(duì)比

亮點(diǎn) 6

集成動(dòng)態(tài)加速功能

由于 PFC 系統(tǒng)的環(huán)路帶寬較低(一般設(shè)計(jì)值低于 20Hz)，以抑制二倍工頻紋波電壓，以改善 THD。但對(duì)于輕載切重載的暫態(tài)工況，這會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)，或觸發(fā)保護(hù)而系統(tǒng)宕機(jī)。KP2822 集成動(dòng)態(tài)加速功能，當(dāng)輸出電壓跌落超過(guò)閾值，芯片會(huì)給補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)快速充電，驅(qū)動(dòng)脈寬大幅增加以迅速增加能量輸出，系統(tǒng)得以快速恢復(fù)到額定輸出電壓。

亮點(diǎn) 7

輸出過(guò)壓保護(hù)點(diǎn)可調(diào)節(jié)

在系統(tǒng)開(kāi)機(jī)時(shí)，或者負(fù)載從重載突然切換到輕載，由于 PFC 的環(huán)路帶寬較低，故輸出電壓會(huì)有大幅超調(diào)，為了避免輸出濾波電容承受過(guò)電壓應(yīng)力，KP2822 會(huì)通過(guò)輸出過(guò)壓保護(hù)將驅(qū)動(dòng)關(guān)閉，同時(shí)根據(jù)系統(tǒng)規(guī)格要求，輸出過(guò)壓保護(hù)點(diǎn)可自由配置。

亮點(diǎn) 8

完備的保護(hù)功能

KP2822 集成完備的保護(hù)功能，如 VDD 過(guò)欠壓保護(hù)，交流輸入欠壓保護(hù)，輸出過(guò)壓/欠壓保護(hù)，啟動(dòng)沖擊電流保護(hù)/過(guò)流限制，外部輸入保護(hù)，過(guò)熱保護(hù)，Rset 管腳開(kāi)路保護(hù)等，提高了系統(tǒng)的可靠性。

芯片保護(hù)功能列表

KP2822 與友商同類(lèi)產(chǎn)品

的性能對(duì)比

相對(duì)于在液晶顯示器板卡電源上已廣泛使用的友商同類(lèi)產(chǎn)品 XX1631，KP2822 可以直接替換，且進(jìn)一步提升了相關(guān)性能，如下表所示：

KP2822 和友商同類(lèi)產(chǎn)品 XX1631

部分性能對(duì)比

特別是谷底導(dǎo)通功能，友商同類(lèi)產(chǎn)品 XX1631 在消磁結(jié)束后 DRAIN 管腳電壓振蕩過(guò)程中，在輸入電壓幅值以下都可開(kāi)通，而 KP2822 只允許在穿越輸入電壓的時(shí)刻開(kāi)通，因此 KP2822 為嚴(yán)格的谷底導(dǎo)通，谷底位置一致性好，有效降低開(kāi)關(guān)損耗，對(duì) THD 也有改善作用。

KP2822 和友商同類(lèi)產(chǎn)品 XX1631

谷底導(dǎo)通差異的波形

客戶(hù)可直接使用 KP2822 替換友商同類(lèi)產(chǎn)品 XX1631，無(wú)需改動(dòng) PCB，除了將第三腳 Rset 電阻取值為友商同類(lèi)產(chǎn)品該電阻的 1.3 倍，其它 BOM 也無(wú)需修改，替換成本低，且性能有優(yōu)化。

總結(jié)

KP2822 適用于中大功率的 PFC 應(yīng)用場(chǎng)合，有利于高功率密度，扁平化的設(shè)計(jì)。芯片在任何工況都可實(shí)現(xiàn)兩路 180° 錯(cuò)相運(yùn)行，將交錯(cuò)并聯(lián)的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)發(fā)揮得淋漓盡致。芯片集成諸多優(yōu)良性能，如輸入電壓前饋補(bǔ)償，精準(zhǔn)的谷底導(dǎo)通，動(dòng)態(tài)性能優(yōu)化，輕載降頻，打嗝模式，優(yōu)化 CRM/DCM 控制算法，完備的保護(hù)功能等，幫助客戶(hù)輕松地設(shè)計(jì)出高性能，高可靠性的開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品。

同時(shí)芯片提供靈活的配置功能，如最大導(dǎo)通時(shí)間，輸出過(guò)壓點(diǎn)，輸入欠壓點(diǎn)，降頻工作點(diǎn)，最高工作頻率等，可滿足各類(lèi)應(yīng)用場(chǎng)合的不同規(guī)格指標(biāo)要求。客戶(hù)可直接使用 KP2822 替換友商同類(lèi)產(chǎn)品 XX1631，而只需修改一顆電阻即可。

審核編輯：湯梓紅