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高效能PFC控制器NCP1623:設(shè)計與應(yīng)用詳解

h1654155282.3538 ? 來源:未知 ? 作者:陳翠 ? 2025-12-08 10:33 ? 次閱讀
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高效能PFC控制器NCP1623:設(shè)計與應(yīng)用詳解

電源管理領(lǐng)域,功率因數(shù)校正(PFC)技術(shù)對于提高電源效率、降低諧波失真至關(guān)重要。今天,我們將深入探討安森美(onsemi)的一款增強型、高效能PFC控制器——NCP1623。這款控制器在優(yōu)化PFC級效率、提供全面保護(hù)功能方面表現(xiàn)出色,適用于多種應(yīng)用場景。

文件下載:onsemi NCP1623 CrM功率因數(shù)控制器.pdf

產(chǎn)品概述

NCP1623是一款極為緊湊的PFC控制器,旨在優(yōu)化整個負(fù)載范圍內(nèi)PFC級的效率,并集成了多種保護(hù)功能,確保系統(tǒng)的可靠運行。它具有低啟動電流、寬Vcc范圍、輸出級圖騰柱設(shè)計等特點,適用于對成本效益、可靠性、高功率因數(shù)和效率有較高要求的系統(tǒng),如USB - PD、平板電視、工業(yè)電源等。

典型應(yīng)用電路

封裝外形 (TSOP-6)

封裝外形 (SOIC-8)

關(guān)鍵特性

低啟動電流與寬Vcc范圍

A和C版本的Vcc(ON)典型值為10.5 V,適用于由外部電源供電的應(yīng)用,其最大啟動電平(11.25 V)方便從傳統(tǒng)12 - V導(dǎo)軌為電路供電。啟動后,高達(dá)30 V的Vcc最大額定值允許寬范圍的Vcc操作,簡化了電路供電設(shè)計。

輸出級圖騰柱

NCP1623集成了 - 0.5 A / +0.8 A的柵極驅(qū)動器,能夠高效驅(qū)動70至300 W電源中常用的大多數(shù)功率FET。內(nèi)部鉗位將DRV引腳電壓限制在最大14 V,以兼容行業(yè)MOSFET的典型柵源最大額定值。

谷同步頻率折返(VSFF)

該技術(shù)使PFC級在臨界導(dǎo)通模式(CrM)下運行,直到功率降至閾值以下,然后進(jìn)入不連續(xù)導(dǎo)通模式(DCM),并隨著負(fù)載進(jìn)一步下降延長死區(qū)時間。通過延遲MOSFET導(dǎo)通至漏源電壓谷底,實現(xiàn)穩(wěn)定的谷值導(dǎo)通,提高效率。同時,最小頻率鉗位防止系統(tǒng)工作在可聽頻率范圍內(nèi),并且通過導(dǎo)通時間調(diào)制確保在CrM和DCM操作中實現(xiàn)接近單位功率因數(shù)。

緊湊設(shè)計與多功能引腳

采用CS/ZCD多功能引腳,基于新穎技術(shù)實現(xiàn)增強控制和多種保護(hù)功能,封裝尺寸?。═SOP6或SOIC8),外部組件少。NCP1623A在低線條件下強制降低輸出調(diào)節(jié)水平,提高PFC級效率并減小尺寸。

反饋瞬態(tài)控制

  • 軟啟動:啟動時,IVCTRL(START)為外部補償電容提供適當(dāng)電流,實現(xiàn)軟啟動。當(dāng)FB電壓接近VREF時,OTA的源電流降至0 A,PFCOK信號置高,IVCTRL(START)關(guān)閉。
  • 動態(tài)響應(yīng)增強器(DRE):當(dāng)負(fù)載電流突然增加導(dǎo)致輸出電壓下沖時,DRE被激活。內(nèi)部比較器監(jiān)測FB引腳,當(dāng)電壓低于95.5% VREF時,提供200 μA的IVCTRL(DRE),加速補償網(wǎng)絡(luò)充電,使環(huán)路增益增加10倍。
  • 軟/快速過壓保護(hù)(SOVP, FOVP):輸出過沖時,首先比較FB電壓和軟OVP閾值VFB(SOVP)觸發(fā)軟OVP,逐漸減小導(dǎo)通時間以平穩(wěn)降低功率。如果FB電壓高于快速OVP閾值VFB(FOVP),則立即禁用開關(guān)。在低線條件下,A版本啟用跟隨升壓時,軟和快速OVP閾值會提高。
  • 欠壓保護(hù)(UVP):如果FB引腳電壓接近0 V(如低交流線路或反饋網(wǎng)絡(luò)故障),則關(guān)閉FET開關(guān)。FB引腳的灌電流IFB(UVP)最小化至小于450 nA,允許使用高阻抗反饋電阻網(wǎng)絡(luò)。

過流和過應(yīng)力保護(hù)(OCP, OVS)

監(jiān)測FET電流,當(dāng)超過OCP限制時關(guān)閉FET。當(dāng)電流因電感飽和或旁路二極管短路達(dá)到OVS閾值時,暫停FET開關(guān)800 μs。

欠壓保護(hù)(BO)

(A和C版本禁用)檢測交流線路電壓過低情況,停止操作,保護(hù)PFC級免受過度應(yīng)力。

二次過壓保護(hù)(OVP2)

(C版本專用)使用CS/ZCD多功能引腳檢測過高輸出電壓,防止反饋網(wǎng)絡(luò)故障時輸出電壓失控。

熱關(guān)斷(TSD)

內(nèi)部熱電路在結(jié)溫超過150°C時禁用柵極驅(qū)動,溫度降至約100°C(50°C遲滯)時恢復(fù)操作。

禁用功能(SOIC8封裝專用)

DIS引腳可禁用NCP1623的大部分內(nèi)部模塊,最小化VCC電源電流。

應(yīng)用信息

頻率控制

谷同步頻率折返(VSFF)

PFC級在功率高于閾值時工作在CrM,低于閾值時進(jìn)入DCM,死區(qū)時間隨功率降低而延長。通過調(diào)節(jié)VCTRL引腳電壓選擇操作模式和調(diào)整死區(qū)時間,MOSFET導(dǎo)通延遲至漏源電壓谷底,提高效率。同時,導(dǎo)通時間調(diào)制補償DCM中的死區(qū)時間,確保單位功率因數(shù),最小頻率鉗位防止可聽頻率。

最小開關(guān)頻率

DCM死區(qū)時間是VCTRL(FF - EN) - VCTRL的增函數(shù),頻率折返功能降低輕載開關(guān)頻率以優(yōu)化效率。內(nèi)部最小頻率邏輯將開關(guān)頻率限制在可聽頻率以上,典型值在31 kHz(立即檢測到谷底)至28 kHz(未檢測到谷底)之間。

導(dǎo)通時間調(diào)制

在CrM和DCM中,通過調(diào)制導(dǎo)通時間,使輸入電流與輸入電壓成正比,確保功率因數(shù)無下降,功率傳輸無間斷。

反饋調(diào)節(jié)

OTA和VCTRL功能

提供跨導(dǎo)誤差放大器(OTA),F(xiàn)B參考電壓為2.5 V,典型跨導(dǎo)增益為200 μS,最大輸出電流約為±20 μA。VCTRL引腳用于外部環(huán)路補償,控制導(dǎo)通時間、VSFF中的死區(qū)時間、跳過模式和STATICOVP。

跟隨升壓(A版本專用)

在低線條件下,通過反饋引腳提供電流IFB(LL),降低輸出電壓,優(yōu)化PFC級效率,減小尺寸和成本。

反饋瞬態(tài)控制

通過軟啟動、DRE、SOVP、FOVP和UVP等功能,應(yīng)對輸出電壓的瞬態(tài)變化,確保輸出電壓穩(wěn)定。

電流檢測和零電流檢測

過流保護(hù)(OCP和OVS)

當(dāng)VCS/ZCD達(dá)到過流閾值(500 mV VCS(OCP))或過應(yīng)力水平(750 mV VCS(OVS))時,關(guān)閉FET。

零電流檢測(ZCD)

在漏源電壓谷底導(dǎo)通DRV,最小化開關(guān)損耗和噪聲。未檢測到ZCD信號時,內(nèi)部看門狗定時器啟動下一個驅(qū)動脈沖。

線路感應(yīng)

通過低通濾波的CS/ZCD電壓檢測輸入電壓,快速響應(yīng)線路瞬態(tài)變化。

欠壓保護(hù)

檢測交流線路電壓過低情況,通過逐漸降低VCTRL電壓,避免立即禁用驅(qū)動。

二次過壓保護(hù)(OVP2)

檢測過高輸出電壓,防止反饋網(wǎng)絡(luò)故障時輸出電壓失控。

熱關(guān)斷

結(jié)溫超過150°C時,禁用電路柵極驅(qū)動,溫度下降后恢復(fù)操作。

關(guān)斷模式

當(dāng)檢測到UVLO、TSD、UVP、STATICOVP等故障時,進(jìn)入關(guān)斷模式,VCTRL接地,PFCOK信號置低,大部分電路休眠。

禁用功能

DIS引腳電壓超過DIS睡眠模式進(jìn)入電壓時,禁用NCP1623操作,降低VCC電流消耗。

輸出驅(qū)動

DRV引腳的輸出級采用圖騰柱設(shè)計,優(yōu)化交叉導(dǎo)通電流,適用于高頻操作,能夠有效驅(qū)動高柵極電荷功率FET。

故障檢測

集成多種故障檢測功能,如FB引腳開路保護(hù)、GND引腳開路保護(hù)、CZ/ZCD引腳短路保護(hù)、旁路二極管短路保護(hù)等,確保系統(tǒng)安全可靠運行。

訂購信息與版本選項

NCP1623提供TSOP - 6和SOIC - 8兩種封裝,有A和C兩個版本可供選擇,不同版本在跟隨升壓、最大導(dǎo)通時間、OVP2保護(hù)等方面存在差異,工程師可根據(jù)具體應(yīng)用需求進(jìn)行選擇。

總結(jié)

NCP1623是一款功能強大、性能優(yōu)越的PFC控制器,通過多種先進(jìn)技術(shù)和保護(hù)功能,實現(xiàn)了高效能、高功率因數(shù)和可靠運行。在設(shè)計電源系統(tǒng)時,電子工程師可以根據(jù)實際需求,充分利用NCP1623的特性,優(yōu)化PFC級設(shè)計,提高系統(tǒng)的整體性能。

在實際應(yīng)用中,你是否遇到過類似PFC控制器的選型和設(shè)計難題?你對NCP1623的哪些特性最感興趣?歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和想法。

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