智能交錯(cuò)―實(shí)現(xiàn)高效AC/DC電源的先進(jìn)PFC控制器

交錯(cuò)是一種特殊的并聯(lián)方式，即在兩個(gè)或多個(gè)功率級(jí) (通常稱(chēng)之為相位或通道) 之間存在獨(dú)特的相位關(guān)系，為了保持兩級(jí)設(shè)計(jì)所擁有的全部紋波電流消除優(yōu)勢(shì)，必須讓各個(gè)通道彼此間相差180°同差。由于每個(gè)通道都是針對(duì)處理50%功率而設(shè)計(jì)的，故同步的中斷或失敗，尤其是在負(fù)載超過(guò)最大額定電流的50%時(shí)，就可能造成整個(gè)設(shè)計(jì)的崩潰。

FAN9612采用飛兆半導(dǎo)體專(zhuān)有的同步方案Sync-Lock，可確保軟啟動(dòng)、軟中止(Soft-Stop)期間以及所有瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)工作條件下近乎完美的180°同步。如果某個(gè)故障模式導(dǎo)致一個(gè)信道無(wú)法工作，內(nèi)部重啟動(dòng)定時(shí)器會(huì)被激活，相當(dāng)于高效的功率限制，可防止此通道提供全額定功率。所有這些同步和安全功能都完全由FAN9612處理，無(wú)須功率級(jí)冗余設(shè)計(jì)，從而能實(shí)現(xiàn)針對(duì)效率、性能和可靠性高度優(yōu)化的設(shè)計(jì)。

任何電源設(shè)計(jì)都要優(yōu)先考慮啟動(dòng)，PFC轉(zhuǎn)換器也不例外。對(duì)大多數(shù)PFC應(yīng)用而言，穩(wěn)壓輸出電壓設(shè)置點(diǎn)在400V 范圍之內(nèi)，故只要有任何電壓過(guò)沖，尤其是在軟啟動(dòng)期間，就會(huì)對(duì)輸出大電容和開(kāi)關(guān)組件造成額外的應(yīng)力。FAN9612能夠解決與啟動(dòng)有關(guān)的兩大重要問(wèn)題。第一是能夠在整個(gè)啟動(dòng)程序期間保持閉環(huán)軟啟動(dòng)。圖1所示為FAN9612專(zhuān)有軟啟動(dòng)電路的功能實(shí)現(xiàn)及啟動(dòng)程序仿真。

圖1 閉環(huán)軟啟動(dòng)性能

通過(guò)把參考電壓鉗位在誤差放大器反饋電壓，軟啟動(dòng)電容CSS 稍微預(yù)充電，加快初始化啟動(dòng)。更重要的是，誤差放大器輸出直接控制軟啟動(dòng)充電電流ISS(VCTRL)。因此，若誤差放大器接近飽和，電流源就減小VSS(t)，確保對(duì)誤差放大器輸出電壓的良好控制。不管在軟啟動(dòng)周期內(nèi)后級(jí)DC/DC 轉(zhuǎn)換器從何處開(kāi)始消耗 PFC輸出的功率，F(xiàn)AN9612都可以在內(nèi)部調(diào)節(jié)同相誤差放大器輸入以避免飽和，確保啟動(dòng)或重啟動(dòng)期間不會(huì)因瞬態(tài)故障條件而產(chǎn)生電壓過(guò)沖。

除了閉環(huán)軟啟動(dòng)工作模式之外，F(xiàn)AN9612還具有通過(guò)VOUT電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)直接啟動(dòng)的可選功能。對(duì)于沒(méi)有足夠的輔助偏置電源電壓或待機(jī)電源的應(yīng)用，啟動(dòng)任何高電壓IC都必須對(duì)VDD電容進(jìn)行充電，直到電壓達(dá)到控制IC欠壓鎖定(UVLO)導(dǎo)通閾值為止。這一般需要額外的電路，因而會(huì)增加功耗及降低效率。有些設(shè)計(jì)人員會(huì)采用這種方法：當(dāng)通過(guò)自舉偏置(bootstrap bia)電源對(duì)PFC控制IC進(jìn)行供電時(shí)，關(guān)斷啟動(dòng)電路。雖然這種方案有助于降低功耗，但往往需要高側(cè)開(kāi)關(guān)和驅(qū)動(dòng)電路，從而增加外部組件的數(shù)目。FAN9612經(jīng)特別設(shè)計(jì)，無(wú)須外部啟動(dòng)電阻即可啟動(dòng)。在FB和VDD之間增加一個(gè)小信號(hào)二極管DSTART即可提供一條經(jīng)過(guò)RFB1的電流路徑，見(jiàn)圖2中的紅色虛線。一旦內(nèi)部5V參考電壓有輸出，小信號(hào)MOSFET QSTART就被開(kāi)通，電阻反饋網(wǎng)絡(luò)即從啟動(dòng)功能中解脫出來(lái)。另外也可以根據(jù)情況，忽略DSTART和QSTART，采用傳統(tǒng)的啟動(dòng)方法。

圖2 交替式簡(jiǎn)化啟動(dòng)電路

對(duì)于感測(cè)AC輸入電壓的PFC電路，大多數(shù)控制器都需要一個(gè)外部?jī)蓸O濾波器來(lái)獲得RMS線電壓。雖然這對(duì)線路UVLO(也稱(chēng)為brown-out保護(hù)，即電壓過(guò)低保護(hù))是可接受的，但兩極濾波器的慢速和低靈敏度會(huì)導(dǎo)致額外的線電流失真，從而妨礙利用 RMS 電壓信息來(lái)實(shí)現(xiàn)任何部分的PWM控制，比如電壓前饋。而FAN9612卻能夠通過(guò)感測(cè)AC輸入電壓的峰值來(lái)獲得RMS值。由于RMS值與線電壓峰值成比例，所需外部電路就從兩極濾波器簡(jiǎn)化為一個(gè)簡(jiǎn)單的電阻分壓器。如圖3所示，F(xiàn)AN9612利用經(jīng)過(guò)分壓(divided down)的峰值電壓信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)欠壓保護(hù)(VIN(UVLO))、輸入過(guò)壓保護(hù)(VIN(OVP))，以及電壓前饋(VIN(VFF))這些PWM控制任務(wù)。RIN1和RIN2的比值可用于設(shè)定VIN(OVP)、跳變點(diǎn)和欠壓保護(hù)級(jí)。FAN9612獨(dú)有的Brown out遲滯可編程特性，可通過(guò)內(nèi)部2μA電流源和RIN(HYS)進(jìn)行設(shè)置。

圖3 輸入電壓感測(cè)電路