onsemi NCP1680 无桥图腾柱PFC控制器IC

安森美半导体NCP1680临界导通模式 (CrM) 图腾柱功率因数校正 (PFC) 控制器IC设计用于驱动无桥图腾柱PFC拓扑。无桥图腾柱PFC由两个图腾柱Pin脚组成：一个在PWM开关频率下驱动的快速开关Pin脚，另一个在AC线路频率下工作的Pin脚。该拓扑消除了传统PFC电路输入端存在的二极管电桥，从而大幅提高了效率和功率密度。

内部补偿数字环路控制采用连续工作时间CCM架构，具有谷值开关功能。无需霍尔效应传感器即可实现逐周期电流限制。NCP1680元件的工作电压范围为90VAC至265VAC，功率高达350W。在300W和230VAC电源输入下，可实现高达99%效率。这些采用SOIC-16封装的符合能效法规，不含铅和卤素。安森美半导体NCP1680控制器IC非常适合用于功率因数校正和离线电源应用。

 

NCP1680是一种临界工作模式（CrM）功率因数

用于驱动无桥图腾的校正（PFC）控制器IC极点PFC拓扑。无桥图腾柱PFC由两部分组成图腾柱脚：在PWM开关驱动下的快速开关脚频率和以AC线路频率工作的第2脚。这拓扑结构消除了输入端存在的二极管电桥一个传统的PFC电路，允许显着改善在效率和功率密度方面

• 图腾极PFC拓扑消除了输入二极管电桥启用
• 非常高效紧凑的设计

• AC电路波形监测电路和AC相位检测方式
• 限压检测
• 临界工作模式（CrM）工作方式
• 不连续工作模式（DCM），在以下情况下波峰开启

轻载条件DCM中的频率交错，最小工作频率为25 kHz

• 数字环路补偿
• 简化波谷感应
• 新颖的电流限制方案消除了对霍尔效应的需求传感器
• 带跳过标志的软跳过模式，用于优化轻负载
• UHD电视电源所有工作模式下的接近1.

特性

• 图腾柱PFC拓扑消除了输入二极管电桥
• 临界导通模式 (CRM) 工作
• 断续导通模式 (DCM)，轻负载条件下波谷开启
• DCM中频率折返，最小频率为25kHz
• 在超轻负载条件下进入跳跃模式
• 专有的电流检测方案
• 数字电压环路补偿
• AC线路监控电路

• AC相位检测
• 在所有工作模式下功率因数接近1
• PFC OK指示灯
• 在所有功率等级上均优化了性能
• 封装类型：SOIC-16
• 湿度灵敏性等级 (MSL) 1级
• 无铅、无卤

应用

• 工业电源
• 电信5G电源
• 网络电源
• 计算机应用

图 4 

图腾柱PFC（TPFC）电路如上图4所示。

拓扑结构由两部分组成−桥式结构；一个半桥，通常被称为“Fast Leg”以PWM频率和其他频率切换，通常在AC线路上被称为“Slow Leg”开关频率快速Pin 脚开关执行以下功能：开关和二极管在一个经典的升压PFC，就是这些开关的功能是调节输出电压和形状输入电流提供高功率因数和低功耗谐波失真。慢速Pin 脚开关执行该角色经典boost功率因数校正有源开关中二极管电桥的设计使用低导通电阻的二极管代替二极管提高了效率。另外，如将描述的那样在下面的讨论中，TPFC仅使用一个工作路径中的Slow Leg和一个Fast Leg装置而传统的boost-PFC使用两个中的桥式二极管和一个有源开关或升压二极管工作路径。工作路径中的设备较少，并且有源开关取代桥接二极管，使TPFC拓扑结构可实现更高的系统效率和功率密度比经典的升压功率因数校正。在此图中，Fast Leg开关用MOSFET表示特定数字，但用于这些的开关类型这种器件具有适应性，可以是硅场效应晶体管，也可以是宽场效应晶体管可以使用带隙（WBG）晶体管。硅场效应晶体管指定为快速恢复和/或低反向恢复电荷（Qrr）适用于这种拓扑。WBG设备，无论是碳化硅（SiC）还是氮化镓（GaN），提供优秀的Qg*Rds（on）指标，几乎没有 Qrr，使其成为TPFC快速的最佳设备。这个NCP1680专为临界工作模式（CrM）设计PWM驱动信号是逻辑电平信号，因此不限制使用Si或WBG设备与选择合适的外部半桥驱动器。TPFC在系统中以双向电流工作电感器和快Slow Leg开关的指令根据AC线路循环的极性而变化。TPFC在正负半周期内的工作.


在正极AC线路循环期间，PWML信号为负责执行脉宽调制或占空比变频器的循环控制。PWML切换高回转在低端Fast Leg装置上，允许电流充电并将能量存储在电感器中，如蓝色实线所示   图5中，  当PWML信号切换到低位时感应器电流通过高压侧Fast Leg开关转移，将能量从电感器传输到负载，如图所示在蓝色虚线旁边。在这半行循环中，高侧快速脚装置无需进行适当的PFC但是，PWMH信号可切换为高电平ON高端设备，提供增强的系统中高负载水平下的效率。纵观正半线循环电流从左向右流过电感器，并始终通过低侧Slow Leg装置，因此SRL信号可以切换high可ON相应的慢速Pin 脚装置，以获得最佳效果转换器效率。在负AC线路循环期间，PWMH信号为负责执行脉宽调制或占空比变频器的循环控制。PWMH切换为高指挥高侧Fast Leg装置进行，允许电流在电感器中充电和储存能量，


如图6中的红色实线所示。

当PWMH信号切换为低，电感器电流通过低压侧快速Pin 脚开关，从负载电感器，如红色虚线所示。在里面低侧Fast Leg装置不需要这种半线循环进行适当的PFC动作，但是PWML信号可以切换到高电平，以ON低压侧设备，以中高速度提供增强的系统效率负载水平。整个负半线周期电流从右向左流过电感，并且始终通过高侧Slow Leg装置返回震源，因此，SRH信号可以切换为高电平，以ON相应的Slow Leg装置，用于优化转换器
     VCC管理和启动顺序NCP1680控制器要求电源偏置至少为 VCC（ON），通常为10.5 V，以启用并开始正常工作因为控制器不包括内部高压启动时，偏置电源必须来自外部电源，如专用辅助电源或来自下游转换器。此外，控制器必须有足够的输入电压（已清除BONOK）和验证AC线路频率是否在预期范围内工作范围（NDRV_EN>4），则控制装置可以通电在下一个上升极性边缘，同步启动到正半行循环
     如果电源电压在滞后带内，即如果VCC（Off）<VCC<VCC（ON），则控制器将不会启动向上的这样做是为了确保指定的最小值VCC（ON）和VCC（OFF）之间的滞后为1.2 V，使电流增大启动时的消耗不会使VCC低于VCC（Off），通常为8.8 V。设备启用后VCC电压可以降至VCC（Off）的最低值，VCC电压必须超过并保持不变，高于VCC（ON）。

 图7推荐的应用电路

线路电压方案的配置。外部的需要使用电阻分压器将两个高电阻分压执行差分线路的电压节点。这个通用输入的推荐分解系数消费者应用程序为KL_DIV，通常为100；即RLOWERx（鲁珀克斯）

在图腾极拓扑中，AC线电压随电压浮动关于控制器接地。这就需要一个确定AC电压的差动测量技术线路电压幅值。NCP1680采用差速器电压检测和整流，以重建等于| VLVSNS1–VLVSNS2 |波形。为了简单起见|VLVSNS1–VLVSNS2将被称为V LINE。关键波形如图8所示。




图8 线路工作波形