智能交錯―實現(xiàn)高效 AC/DC 電源的先進 PFC 控制器

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

FAN9612采用飛兆半導(dǎo)體專有的同步方案Sync-Lock，可確保軟啟動、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。如果某個故障模式導(dǎo)致一個信道無法工作，內(nèi)部重啟動定時器會被激活，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，無須功率級冗余設(shè)計，從而能實現(xiàn)針對效率、性能和可靠性高度優(yōu)化的設(shè)計。

任何電源設(shè)計都要優(yōu)先考慮啟動，PFC轉(zhuǎn)換器也不例外。對大多數(shù)PFC應(yīng)用而言，穩(wěn)壓輸出電壓設(shè)置點在400V 范圍之內(nèi)，故只要有任何電壓過沖，尤其是在軟啟動期間，就會對輸出大電容和開關(guān)組件造成額外的應(yīng)力。FAN9612能夠解決與啟動有關(guān)的兩大重要問題。第一是能夠在整個啟動程序期間保持閉環(huán)軟啟動。圖1所示為FAN9612專有軟啟動電路的功能實現(xiàn)及啟動程序仿真。

圖1 閉環(huán)軟啟動性能

通過把參考電壓鉗位在誤差放大器反饋電壓，軟啟動電容CSS 稍微預(yù)充電，加快初始化啟動。更重要的是，誤差放大器輸出直接控制軟啟動充電電流ISS(VCTRL)。因此，若誤差放大器接近飽和，電流源就減小VSS(t)，確保對誤差放大器輸出電壓的良好控制。不管在軟啟動周期內(nèi)后級DC/DC 轉(zhuǎn)換器從何處開始消耗 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，確保啟動或重啟動期間不會因瞬態(tài)故障條件而產(chǎn)生電壓過沖。

除了閉環(huán)軟啟動工作模式之外，F(xiàn)AN9612還具有通過VOUT電阻分壓器網(wǎng)絡(luò)直接啟動的可選功能。對于沒有足夠的輔助偏置電源電壓或待機電源的應(yīng)用，啟動任何高電壓IC都必須對VDD電容進行充電，直到電壓達到控制IC欠壓鎖定(UVLO)導(dǎo)通閾值為止。這一般需要額外的電路，因而會增加功耗及降低效率。有些設(shè)計人員會采用這種方法：當(dāng)通過自舉偏置(bootstrap bia)電源對PFC控制IC進行供電時，關(guān)斷啟動電路。雖然這種方案有助于降低功耗，但往往需要高側(cè)開關(guān)和驅(qū)動電路，從而增加外部組件的數(shù)目。FAN9612經(jīng)特別設(shè)計，無須外部啟動電阻即可啟動。在FB和VDD之間增加一個小信號二極管DSTART即可提供一條經(jīng)過RFB1的電流路徑，見圖2中的紅色虛線。一旦內(nèi)部5V參考電壓有輸出，小信號MOSFET QSTART就被開通，電阻反饋網(wǎng)絡(luò)即從啟動功能中解脫出來。另外也可以根據(jù)情況，忽略DSTART和QSTART，采用傳統(tǒng)的啟動方法。

圖2 交替式簡化啟動電路

對于感測AC輸入電壓的PFC電路，大多數(shù)控制器都需要一個外部兩極濾波器來獲得RMS線電壓。雖然這對線路UVLO(也稱為brown-out保護，即電壓過低保護)是可接受的，但兩極濾波器的慢速和低靈敏度會導(dǎo)致額外的線電流失真，從而妨礙利用 RMS 電壓信息來實現(xiàn)任何部分的PWM控制，比如電壓前饋。而FAN9612卻能夠通過感測AC輸入電壓的峰值來獲得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化為一個簡單的電阻分壓器。如圖3所示，F(xiàn)AN9612利用經(jīng)過分壓(divided down)的峰值電壓信號來實現(xiàn)欠壓保護(VIN(UVLO))、輸入過壓保護(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)、跳變點和欠壓保護級。FAN9612獨有的Brown out遲滯可編程特性，可通過內(nèi)部2μA電流源和RIN(HYS)進行設(shè)置。