L4984D：CCM PFC控制器的卓越之選

在電力電子領(lǐng)域，功率因數(shù)校正（PFC）技術(shù)對(duì)于提高電源效率、減少諧波污染至關(guān)重要。今天我們要深入探討的是ST公司推出的L4984D，一款采用線調(diào)制固定關(guān)斷時(shí)間（LM - FOT）控制的電流模式PFC控制器。

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1. 器件概述

1.1 基本信息

L4984D有L4984D（SSOP10封裝，管裝）和L4984DTR（卷帶封裝）兩種版本。它適用于CCM模式下的升壓PFC預(yù)調(diào)節(jié)器，功率范圍從幾百瓦到1千瓦以上，能滿足IEC61000 - 3 - 2和JEIDA - MITI標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.2 特性亮點(diǎn)

• LM - FOT控制：專有的LM - FOT調(diào)制器使升壓PFC轉(zhuǎn)換器在CCM模式下實(shí)現(xiàn)近固定頻率運(yùn)行。
• 低THD設(shè)計(jì)：獨(dú)特的乘法器設(shè)計(jì)可降低交流輸入電流的總諧波失真（THD）。
• 快速輸入電壓前饋：具有快速“雙向”輸入電壓前饋（ (1/V^{2}) 校正）功能，提升系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)。
• 多重保護(hù)功能：包括準(zhǔn)確可調(diào)的輸出過(guò)壓保護(hù)、反饋環(huán)路故障保護(hù)、電感飽和保護(hù)、交流欠壓檢測(cè)等。
• 軟啟動(dòng)功能：限制峰值電流，防止初始周期中磁通量失控。
• 強(qiáng)大的柵極驅(qū)動(dòng)： - 600 / + 800 mA圖騰柱式柵極驅(qū)動(dòng)器，在欠壓鎖定（UVLO）期間具有主動(dòng)下拉和電壓鉗位功能。

2. 框圖與引腳功能

2.1 電氣框圖

其電氣框圖展示了各個(gè)功能模塊的連接關(guān)系，包括電壓調(diào)節(jié)器、LM - FOT調(diào)制器、乘法器、定時(shí)器等。這些模塊協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)PFC預(yù)調(diào)節(jié)器的精確控制。

2.2 引腳功能

3. 電氣特性

3.1 電源電壓相關(guān)特性

• 工作范圍： (V{CC}) 工作范圍為10.3 - 22.5 V，開(kāi)啟閾值 (V{CCOn}) 為11 - 13 V，關(guān)閉閾值 (V_{CCOff}) 為8.7 - 10.3 V。
• 啟動(dòng)電流：?jiǎn)?dòng)前 (V_{CC}=10 V) 時(shí)，啟動(dòng)電流典型值為65 μA。
• 靜態(tài)電流：開(kāi)啟后不同條件下，靜態(tài)電流在200 μA - 6 mA之間變化。

3.2 乘法器特性

• 輸入偏置電流： (V_{MULT}=0 - 3 V) 時(shí)，輸入偏置電流在 - 0.2 - - 1 μA之間。
• 線性工作范圍： (V_{MULT}) 線性工作范圍為0 - 3 V。
• 增益：增益 (K_{M}) 在0.248 - 0.360 V之間。

3.3 誤差放大器特性

• 輸入閾值： (T{j}=25^{circ}C) 時(shí)， (V{INV}) 電壓反饋輸入閾值為2.475 - 2.525 V。
• 增益和帶寬：開(kāi)環(huán)電壓增益為60 - 80 dB，增益帶寬積約為1 MHz。

3.4 其他特性

還包括電流檢測(cè)比較器、電感飽和檢測(cè)、軟啟動(dòng)、柵極驅(qū)動(dòng)器等方面的電氣特性，這些特性共同保證了芯片的穩(wěn)定運(yùn)行。

4. 典型電氣性能

通過(guò)一系列圖表展示了芯片在不同條件下的性能，如IC功耗與 (V{CC}) 、 (T{j}) 的關(guān)系，各種電壓閾值與 (T_{j}) 的關(guān)系等。這些數(shù)據(jù)有助于工程師在不同工作環(huán)境下準(zhǔn)確評(píng)估芯片的性能。

5. 應(yīng)用信息

5.1 工作原理

L4984D采用傳統(tǒng)的“峰值”電流模式控制，通過(guò)調(diào)節(jié)MOSFET的導(dǎo)通時(shí)間 (T{ON}) 和關(guān)斷時(shí)間 (T{OFF}) 來(lái)實(shí)現(xiàn)固定開(kāi)關(guān)頻率。根據(jù)電感的伏秒平衡方程，當(dāng) (T{OFF}) 與市電瞬時(shí)電壓成比例變化時(shí)，開(kāi)關(guān)周期 (T{SW}) 保持恒定。

5.2 過(guò)壓保護(hù)（OVP）

通過(guò)PFC_OK引腳監(jiān)測(cè)輸出電壓，當(dāng)電壓超過(guò)預(yù)設(shè)值（通常為2.5 V）時(shí)，停止柵極驅(qū)動(dòng)活動(dòng)，直到電壓降至2.4 V以下。

5.3 反饋故障檢測(cè)（FFD）

當(dāng)PFCOK引腳電壓超過(guò)2.5 V且INV引腳電壓低于1.66 V時(shí)，判定為反饋故障，芯片進(jìn)入鎖定關(guān)機(jī)狀態(tài)，需重啟 (V{CC}) 才能恢復(fù)正常。

5.4 電壓前饋

輸入電壓前饋通過(guò)一個(gè)與輸入均方根電壓成比例的電壓信號(hào)，經(jīng)平方/除法電路（ (1/V^{2}) 校正器）處理后，提供給乘法器，以補(bǔ)償線路電壓變化引起的增益變化。L4984D通過(guò)兩個(gè)外部元件（ (C{FF}) 和 (R{FF}) ）實(shí)現(xiàn)了新的電壓前饋，有效減少了時(shí)間常數(shù)的權(quán)衡問(wèn)題。

5.5 軟啟動(dòng)

在啟動(dòng)或自動(dòng)重啟保護(hù)觸發(fā)后，芯片通過(guò)內(nèi)部上拉MULT引腳電壓至約4.1 V，降低乘法器輸出，延長(zhǎng)功率開(kāi)關(guān)的關(guān)斷時(shí)間，從而減少涌入電流和電感飽和風(fēng)險(xiǎn)。軟啟動(dòng)激活時(shí)間為300 μs。

5.6 電感飽和檢測(cè)

當(dāng)電流檢測(cè)引腳（CS）電壓超過(guò)1.7 V時(shí)，判定電感飽和，芯片停止工作，經(jīng)300 μs后由內(nèi)部啟動(dòng)電路重啟，以保護(hù)電感、MOSFET和升壓二極管。

5.7 THD優(yōu)化電路

該電路通過(guò)在市電電壓過(guò)零點(diǎn)附近增加功率開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間，減少交流輸入電流的導(dǎo)通死區(qū)角，從而降低THD。為充分發(fā)揮其作用，應(yīng)盡量減小橋整流器后的高頻濾波電容。

5.8 電源管理和內(nèi)務(wù)功能

可通過(guò)PFC_OK引腳與DC - DC轉(zhuǎn)換器控制器通信，實(shí)現(xiàn)輕載時(shí)的關(guān)機(jī)功能。同時(shí)具備欠壓保護(hù)功能，當(dāng)VFF引腳電壓低于0.8 V時(shí)，芯片關(guān)機(jī)，電壓回升至0.88 V以上時(shí)重啟。

6. 封裝機(jī)械數(shù)據(jù)

L4984D采用SSOP10封裝，文檔提供了詳細(xì)的封裝尺寸信息，方便工程師進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)。

總結(jié)

L4984D作為一款功能強(qiáng)大的CCM PFC控制器，具有眾多先進(jìn)特性和完善的保護(hù)功能。其獨(dú)特的LM - FOT控制和電壓前饋技術(shù)，使其在不同輸入電壓和負(fù)載條件下都能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的固定頻率運(yùn)行和低THD。工程師在設(shè)計(jì)CCM模式的升壓PFC預(yù)調(diào)節(jié)器時(shí)，L4984D是一個(gè)值得考慮的優(yōu)秀選擇。你在使用類似PFC控制器時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。