增強的PFC控制器NCL2801用於照明應用提供更高能效和更優的THD

2020-11-22 電子產品世界

　　安森美半導體最新的NCL2801電流模式臨界導通型 (CrM)功率因數校正(PFC) 升壓控制器IC，適用於模擬/脈寬調製(PWM)可調光LED驅動器。該器件的市場優勢是優化的總諧波失真(THD)性能，同時在寬負載條件下最大化系統能效，在啟動和動態負載期間還具備更小的過衝/下衝，線性電平檢測實現最優化的環路增益控制，集成誤差放大器易於環路設計和降低功耗。採用SOIC-8的小外形封裝，併集成一系列保護特性，提供較高的系統可靠性。此外，多個Vcc啟動門限提高設計靈活性。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201902/398107.htm

　　NCL2801的關鍵特性

　　NCL2801的關鍵特性包括：基於創新的谷底計數頻率反走(Valley Count Frequency Fold-back, or VCFF)方法、THD增強技術、動態響應增強、軟過壓保護(OVP)/快速OVP、線性前饋、寬Vcc範圍(10.5 V至28 V)/多個Vcc啟動門限、跨導誤差放大器(OTA)、高驅動能力(-500/ +800 mA)，以及欠壓保護、熱關斷、OVP、過流保護、開路/短路保護等等。

　　NCL2801有不同的版本，各版本的可選特性如下表所示，默認版本為NCL2801CDA DR2G。設計人員可根據具體應用需求選用合適的版本，提供更高的設計靈活性。

　　

　　表1：NCL2801各版本的可選特性

　　200 W PFC級參考設計

　　採用NCL2801設計200 W輸出功率的 PFC級參考設計板如圖2所示。線性電壓範圍90 V至305 V。

　　

　　圖1：NCL2801應用框圖

　　

　　圖2：NCL2801驅動的200 W PFC級參考設計板

　　1. VCFF 在寬負載範圍最優化能效

　　在重載電流條件下，NCL2801在CrM模式下工作，計為1個谷底開關。隨著輸出功率減小，頻率降低，當VCTRL引腳電壓低於閾值電壓時，該控制器進入非連續導通模式(DCM)，開始增加谷底開關計數。在6個谷底開關之後，若輸出功率繼續減小，則增加額外的死區時間。總死區時間不超過36.5 us，最小開關頻率不低於27.4 kHz。開關頻率取決於輸出電壓、輸入電壓和升壓電感值，並隨負載功率增加而增加。閾值電壓可通過Rcs來設定，提供設計靈活性。VCFF最大化DCM期間和輕載條件下的能效並降低待機功耗。同頻率鉗位臨界導通型(FCCrM)控制器一樣，即使開關頻率降低，內部電路也使功率因數接近1。

　　2. THD增強

　　通過在電路倍增器輸出端添加一個偏置電壓以增加導通時間，從而提升THD性能。如圖3所示，200 W評估板在305 Vac、滿載時的THD <5%，在277 Vac、50%負載時的THD<6%，在230 Vac、25%負載時的THD<7%。

　　

　　圖3：200 W評估板在不同Vac、負載時的THD性能

　　3. 快速線性/負載瞬態補償

　　由於傳統PFC級迴路響應慢，負載或輸入電壓的突然變化可能會導致明顯的下衝或過衝。而NCL2801利用動態響應增強技術，減小輸出下衝;其軟 OVP/快速OVP特性，減小輸出過衝。

　　4. 線性電平檢測

　　通過調整倍增器增益值對比線性電壓狀態，線性電平檢測電路支持更優化的環路增益控制，在寬輸入條件下保持穩定工作。

　　5. 跨導誤差放大器

　　跨導誤差放大器的跨導增益典型值為200 us，最大電流+/-20 uA，該PFC級的輸出電壓通過一個並聯電阻而降低，偏置電流最小化以支持使用高阻抗反饋網絡，從而簡化環路設計，降低功耗。

　　6. 圖騰柱輸出

　　NCL2801結合一個-0.5/+0.8 A的門極驅動器，提供高效驅動功率MOSFET的能力。

　　7. 豐富的保護特性

　　NCL2801通過集成一系列的保護特性，如過壓保護、過流保護、熱關斷、欠壓檢測、開/短路保護等，持續檢測輸入電壓和輸出電壓、MOSFET電流和晶片溫度，以保護系統免受損害，使PFC級極其強固和可靠。

　　布板及抗噪聲考量

　　NCL2801對噪聲不是特別敏感，但在布板時仍需考慮以下幾點以儘量優化系統性能：

　　Ø 電源環路面積必須最小化

　　Ø 接地電源採用星形配置，提供電流返迴路徑

　　Ø 接地電路採用星形配置

　　Ø 接地電源和接地電路應通過一個單一的路徑連接，不能使用環路

　　Ø 此路徑最好在靠近電流檢測電阻接地端處連接接地電路和接地電源

　　Ø 應在電路Vcc和GND引腳間放置一個100 nF 或200 nF 的電容，及最小化連接長度

　　Ø 建議在FB引腳放置一個濾波電容，以保護引腳免受周圍可能的噪聲影響。但這濾波電容必須很小，不會使通過FB引腳檢測的電壓失真。

　　總結

　　NCL2801電流模式CrM升壓PFC控制器IC利用安森美半導體的THD增強技術在寬負載範圍提供同類最佳的THD性能，而創新的VCFF法提高能效和降低功耗，一系列的保護特性提供高可靠性，是LED照明應用及其他要求高能效、低待機功耗、低THD、高可靠性的PFC前端應用的理想選擇，採用SOIC-8 封裝，可實現緊湊的設計。多個不同版本滿足不同的設計需求，提高設計靈活性。

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