世平安森美NCP1618、NCP1655创新的高压多模式PFC优化能效,用于75 W到2000 W的离线应用

NCP1618、NCP1655是创新的高压多模式功率因数控制器,适用于所有需要功率因数校正

(PFC)的离线设备由75 W到2000 W的应用,如高功率AC-DC适配器、工业和医疗电源、照明电源、LED、游戏机等。电路会根据开关周期的持续时间从连续导通模式(CCM)、临界导通模式(CRM)或非连续导通模式(DCM)中自然选择最佳的工作模式。

例如从轻载转到满载时,开关模式就从CRM转到 CCM,从而在电源/负载范围内优化能效。在轻载条件下,电路可以进入soft-SKIP模式,以将损耗降至最低。此外,其高压能力省去了外部启动,从而避免了因此引起的持续漏电。电路采用SOIC-9封装,进一步集成了稳定
可靠、紧凑的PFC级所必需的功能,外部器件极少。
多模式PFC优化能效

                                                          多模式PFC优化能效

以NCP1618为例:在轻载条件下,NCP1618工作在DCM模式;中轻载条件下,NCP1618工作在频率钳位临界导通模式(FCCrM);满载条件下,NCP1618工作在CCM模式。开关频率严格控制在25 kHz和130 kHz之间:满载条件下(CCM模式),频率65 kHz (有频率抖动,
以消除EMI滤波);临界导通模式下,频率在58 kHz到120 kHz之间;DCM模式下,频率在130kHz到25 kHz之间,带频率反走。在CRM和DCM模式下,强制谷底导通。在除soft-SKIP模式以外的其它所有模式下的功率因数都接近1。

在进行多模式PFC设计时,要选择合适的电感值以最小化电流纹波。

                                                               NCP1618A的特性

 

1. 输入电压检测

可检测电路瞬时电压。高压引脚为弧垂检测、掉电检测和电源范围检测提供输入。

 

2. 高压启动电流源

对于NCP1618A,Vcc(on)的典型值为17 V,启动电流通常为12 mA。当Vcc降到9 V以下时,欠压锁定。当Vcc低于0.8 V时,启动电流减小到1 mA。那么100 uF电容充电的时间将有215 ms。

 

3. 电压监控

高压引脚监控电路峰值电压:

  • 如果超过111 V,则未发生弧垂和掉电情况

  • 如果低于100 V的时间持续25 ms,检测到弧垂情况

  • 如果低于100 V达650 ms,则检测到掉电情况

  • 如果超过236 V,则检测到高压范围

  • 如果它在222 V以下保持25 ms,则检测到低压范围

弧垂:CCM禁用,启动soft-stop

掉电:pfcOK接地

高压范围:要修改环路增益和功率阈值以降频

 

4. pfcOK信号

当体电压 (bulk voltage)达到其额定值 (VBULK,nom)时,pfcOK变为高电平。它一直保持高电平,直到检测到重大故障 (例如,VBULK下降到72% VBULK,nom以下- BUV故障)。使用pfcOK 来启用下游转换器。VpfcOK与反馈引脚的电压成正比,因此为下游转换器提供了一
个前馈信号。

 

5. 负电流检测

内部Ics电流用于过流检测、过应力检测和浪涌检测。Ics还用于CCM占空比控制。两个电阻可调节Ics(Rsense和ROCP),从而提供Rsense选择的灵活性。使用大于 1.5 kW的ROCP不会触发CS引脚,提供意外接地短路保护。

 

6.  钳制频率可能会导致电流失真,但安森美半导体的专有方案改进了FCCrM的工作性能

调制导通时间以对死区时间进行补偿,但谷底导通,且谷底间无迟滞。系统还根据钳位频率对导通时间进行调制,以便PFC级锁定在一个与vin(t)相适应的谷底。

 

7.  FCCrM从本质上改善轻载总谐波失真(THD)

可保持连续工作到几乎空载,内在的影响减少了负电流。

 

8.  轻载下的THD得以优化

连续工作无突变(burst),无论何时Ics都小于Iin-rush

 

9.  降低频率以最大化轻载能效

当功率低于阈值时,频率反走线性降低频率钳位:

 

低压功率阈值:

 

高压功率阈值:

 

最小的开关频率斜坡可确保无可闻噪声(> 25 kHz)。只要检测到谷底,就确保谷底导通。

 

10.  Soft-SKIP模式

通过向pfcOK(或VM)引脚施加负脉冲来触发soft-SKIP。soft-SKIP由下游转换器控制。处于soft-SKIP模式时,电路进入低频突发模式。在空闲阶段,电路功耗(ICC)降至250 µA。损耗最小化,同时体电压保持较高。下游转换器能效最大化。可突然恢复全功率运行,而不会对体电压产生任何过大的下冲。

 

                                                                 评估板测试

NCP1618评估板如图:




                                                    宽电源电压500 W评估板

 

测试条件及结果如下:

 

 

满载时工作在CCM模式,50%负载时工作在CRM模式,40%负载时工作在FCCrM模式,
20%负载时频率反走因而降低频率到约30 kHz。

 

                                                             图:整个负载范围的能效

 

                                                                                                            图:PF和THD性能

在4个测试电压下,从10%负载到满载的能效都保持在94%以上。从20%负载到满载的PF值都高于0.9,THD都不到20%。

NCP1655(是NCP1618的一个改版)


这NCP1655是针对NCP1654 系列的改良所定义出來。以下是NCP1655 跟NCP1654 之间的差別与改进点。

 

                                                                            
                                                                           
总结 

NCP1618和NCP1655是具有成本优势的、稳定可靠的高能效PFC控制器,适用于所有需要功率因数校正的由75 W到2000 W的离线应用,采用多模式PFC控制,可优化整个负载范围的能效,且轻载条件下,电路可以进入soft-SKIP模式,以将损耗降至最低。

其它特性包括:启动时Vcc电容电荷高压启动电流源,稳压回路内置补偿,快速负载瞬态补偿(动态响应增强),Vcc工作范围9.5 V至35 V,pfcOK信号启用/禁用下游转换器,抖动消除EMI滤波,以及丰富的保护特性,包括软过压和快速过压保护、弧垂检测和掉电检测、2级过流检测、欠压检测、热关断、闩锁保护等。

 

更多资源:

AND90012:使用NCP1618A设计多模式PFC级的关键步骤

AND90011:“NCP1618 使用技巧”

EVBUM2716:500-W, 宽电源电压, 基于NCP1618A的评估板用户手册

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