關鍵(jian)字：LED驅(qu)動(dong) 電流(liu)頻(pin)率(lv)反走(zou) 模(mo)擬(ni)PFC 數(shu)字PFC
的(de)電(dian)流(liu)頻(pin)率(lv)反走(zou)（CCFF）使模(mo)擬(ni)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)校(xiao)正（PFC）器(qi)能夠(gou)在(zai)完整負(fu)載範(fan)圍內(nei)提(ti)供能(neng)效，其它(ta)已知(zhi)優(you)勢還包括瞬(shun)態(tai)響(xiang)應(ying)及(ji)簡化(hua)電路(lu)設(she)計(ji)。 簡介：能(neng)效PFC
諸如(ru)歐盟耗(hao)能產品(pin)（ErP）指(zhi)令(ling)等(deng)嚴(yan)格(ge)生(sheng)態(tai)設(she)計法規(gui)要(yao)求電(dian)視、膝上(shang)型及(ji)臺(tai)式電(dian)腦、熒光燈鎮流(liu)器(qi)和LED照明驅動(dong)器等(deng)日(ri)常(chang)使(shi)用的產(chan)品(pin)提(ti)供(gong)能效。為了(le)在(zai)產品(pin)通(tong)過(guo)必要(yao)的批(pi)準(zhun)，如(ru)在歐盟銷(xiao)售(shou)的(de)商(shang)品(pin)須(xu)獲(huo)得(de)強制的(de)CE標(biao)誌(zhi)，新設計(ji)必(bi)須(xu)包括待(dai)機(ji)、部(bu)分負載或滿載條(tiao)件的(de)寬負(fu)載範(fan)圍能(neng)效目標(biao)。
此外(wai)，設(she)計人(ren)員(yuan)也面臨以(yi)有競(jing)爭力(li)的價(jia)格(ge)提(ti)供(gong)之市場(chang)需求(qiu)的壓力(li)。功率(lv)因(yin)數(shu)校(xiao)正（PFC）（功(gong)率(lv)於70 W之應(ying)用強制要(yao)求PFC）的(de)集(ji)成電(dian)路(lu)（IC）集(ji)成越來越多(duo)的(de)功(gong)能(neng)，通(tong)過(guo)減少(shao)電源元(yuan)件數(shu)量及(ji)降(jiang)低對電(dian)容(rong)等(deng)大體(ti)積、規(gui)格(ge)過(guo)的(de)器件的(de)依賴，可(ke)以(yi)幫(bang)助此要(yao)求。
有(you)源PFC補(bu)償由(you)電(dian)源導致(zhi)、會增(zeng)加(jia)電氣(qi)網(wang)絡(luo)內熱量及(ji)幹(gan)擾的(de)線(xian)路電流(liu)諧(xie)波(bo)失(shi)真(zhen)。由(you)於對能(neng)效的顧(gu)慮已(yi)經(jing)延(yan)伸，不涵(han)蓋待(dai)機(ji)及(ji)降(jiang)低功(gong)率(lv)模(mo)式，還(hai)包括滿(man)額(e)功(gong)率(lv)模(mo)式，傳統(tong)PFC工(gong)作的(de)缺(que)點就(jiu)變(bian)得(de)越來越受(shou)註(zhu)目。采(cai)用臨界(jie)導電模(mo)式（CrM）工(gong)作的(de)傳統(tong)PFC器(qi)的能效在電(dian)源(yuan)輕載工(gong)作時(shi)往往會降低，如(ru)電器在待(dai)機(ji)模(mo)式下就(jiu)是(shi)如(ru)此。
轉向(xiang)數字PFC，還(hai)是(shi)不轉(zhuan)？
某(mou)些芯(xin)片(pian)制(zhi)造(zao)商(shang)已將(jiang)數字PFC作(zuo)為(wei)克服此局限的出(chu)路(lu)。通(tong)過(guo)將(jiang)感測(ce)模(mo)擬(ni)電(dian)壓轉(zhuan)換(huan)至數字域(yu)，然後應(ying)用信號處(chu)理(li)算(suan)法，數(shu)字器(qi)就(jiu)不受(shou)線(xian)特(te)的，在負(fu)載條(tiao)件下都(dou)可(ke)以(yi)合成優(you)的(de)輸(shu)出(chu)波(bo)形。不同(tong)模(mo)式下的能(neng)效取(qu)決(jue)於芯片(pian)制(zhi)造(zao)商(shang)開(kai)發(fa)的(de)算(suan)法品(pin)質(zhi)。市場(chang)上近(jin)期(qi)推出(chu)的(de)數字PFC器(qi)還(hai)集(ji)成了(le)通(tong)過(guo)I2C等(deng)連接實現的診斷及(ji)用戶可(ke)編(bian)程(cheng)等(deng)功(gong)能(neng)。
然而，有關模(mo)擬(ni)PFC將(jiang)被(bei)數(shu)字PFC替代(dai)的(de)傳言在過(guo)去已經(jing)被(bei)證明是誇(kua)大其(qi)辭。在這種(zhong)情況下，要(yao)想削弱(ruo)傳統(tong)模(mo)擬(ni)PFC器(qi)的些關鍵(jian)優(you)勢可(ke)能(neng)還為時尚早。雖然制(zhi)造(zao)商(shang)們(men)聲稱數字PFC器(qi)相比模(mo)擬(ni)PFC器(qi)具有(you)成本(ben)優(you)勢，特別是(shi)在(zai)系統(tong)考(kao)慮(lv)成本(ben)時(shi)，但(dan)市場(chang)上的(de)模(mo)擬(ni)PFC器(qi)的價(jia)格(ge)比數字PFC器(qi)低(di)。某(mou)些數(shu)字PFC器(qi)自推出(chu)*代(dai)產(chan)品(pin)以(yi)來，價(jia)格(ge)實際(ji)上(shang)已(yi)經(jing)上(shang)漲(zhang)。此外(wai)，模(mo)擬(ni)PFC器(qi)中集(ji)成的(de)保(bao)護電(dian)路(lu)及(ji)輸(shu)入(ru)欠壓等(deng)特(te)能(neng)夠(gou)提(ti)供使(shi)用少(shao)外(wai)部(bu)元(yuan)件的(de)具價(jia)格(ge)競(jing)爭(zheng)力(li)的設(she)計。
世(shi)代(dai)的(de)模(mo)擬(ni)PFC器(qi)通(tong)過(guo)采用電流(liu)頻(pin)率(lv)反走(zou)（CCFF）等(deng)，能(neng)夠(gou)提(ti)供的(de)能效。安森(sen)美(mei)半(ban)導體的NCP1611和NCP1612 PFC器中應(ying)用了這種(zhong)新的工(gong)作模(mo)式。CCFF使(shi)器在寬負載內維持(chi)能效，包括輕(qing)載和待機(ji)工(gong)作條(tiao)件，以(yi)及(ji)較(jiao)負載條(tiao)件。這些器(qi)還(hai)應(ying)用了增(zeng)強型特(te)，改(gai)善(shan)故障(zhang)處理(li)及(ji)瞬(shun)態(tai)響(xiang)應(ying)，並(bing)支持(chi)不同(tong)偏(pian)置場(chang)景(jing)，為(wei)設計人(ren)員(yuan)提供(gong)額(e)外(wai)的(de)靈(ling)活。
提升(sheng)負(fu)載條(tiao)件下的能(neng)效
在CCFF架(jia)構(gou)下，電路(lu)在大電(dian)流(liu)條(tiao)件下采用臨界(jie)導電模(mo)式（CrM）工(gong)作。在(zai)重負載條(tiao)件下臨近(jin)過零(ling)點時(shi)會出(chu)現(xian)低電流(liu)電(dian)平，而輕載條(tiao)件下完整正(zheng)弦(xian)方(fang)波(bo)皆(jie)為低(di)電流(liu)電(dian)平；而在低(di)電(dian)流(liu)電(dian)平時，器進(jin)入(ru)頻率(lv)受(shou)控(kong)不連續(xu)工(gong)作模(mo)式。定(ding)時器(qi)會(hui)插(cha)入(ru)死(si)區(qu)時間，延(yan)遲啟(qi)動(dong)，直到(dao)從表(biao)征輸(shu)入(ru)電流(liu)的(de)感測(ce)電(dian)壓上(shang)升(sheng)至內部(bu)產生(sheng)的精(jing)密(mi)2.5 V“斜(xie)坡閾值(zhi)”之斜(xie)坡所(suo)需時(shi)間用完。因(yin)此，較(jiao)低輸(shu)入(ru)電流(liu)的(de)死(si)區(qu)時間長。圖(tu)1通(tong)過(guo)不同(tong)負(fu)載條(tiao)件下升(sheng)壓MOSFET的(de)電(dian)壓波(bo)形(xing)顯(xian)示了CCFF的(de)工(gong)作原(yuan)理(li)。
定(ding)時器(qi)死(si)區(qu)時間而非開(kai)關周(zhou)期(qi)/關閉時(shi)間。當電流(liu)為(wei)零(ling)時(shi)，反走(zou)頻率(lv)被(bei)為(wei)zui低的20 kHz。器通(tong)過(guo)這種(zhong)方(fang)式能(neng)夠(gou)將(jiang)額(e)定(ding)負載及(ji)輕(qing)載條(tiao)件下的能(neng)效均(jun)提升(sheng)至zui。特別是(shi)待(dai)機(ji)損(sun)耗(hao)被(bei)降(jiang)至zui低。通(tong)過(guo)延(yan)遲MOSFET導通(tong)的(de)時間點直(zhi)至漏-源電壓到(dao)達(da)其谷(gu)底，進(jin)步降低了(le)損(sun)耗(hao)。谷底開(kai)關還將(jiang)產生(sheng)的電磁幹擾(rao)（EMI）減至zui少(shao)。另(ling)項優(you)勢是系統(tong)不會(hui)在(zai)谷(gu)底之間停滯。由(you)於死(si)區(qu)時間不受(shou)電(dian)流(liu)周(zhou)期(qi)時長變(bian)化(hua)的影響(xiang)，谷(gu)底導通(tong)的(de)發(fa)生(sheng)不帶有遲滯。
可(ke)以(yi)將(jiang)CCFF工(gong)作模(mo)式與(yu)負載下降時(shi)開(kai)關頻率(lv)上升(sheng)的(de)傳統(tong)CrM作(zuo)比較(jiao)。輕負(fu)載時，傳統(tong)CrM器(qi)可(ke)能(neng)進(jin)入(ru)突(tu)發(fa)（burst）模(mo)式，產(chan)生可(ke)聽(ting)噪(zao)聲。相比較(jiao)而言，CCFF器的(de)較(jiao)低頻(pin)率(lv)被(bei)鉗(qian)位至於可(ke)聽(ting)頻(pin)率(lv)範(fan)圍，因(yin)而(er)防止產(chan)生(sheng)可(ke)聽(ting)噪(zao)聲。
與頻率(lv)臨界導電模(mo)式（FCCrM）器(qi)類似，CCFF器的內(nei)部(bu)電(dian)路能(neng)夠(gou)提(ti)供接近(jin)1的功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)，即(ji)便(bian)是(shi)在開(kai)關頻率(lv)降低的(de)情況下。此外(wai)，跳(tiao)周(zhou)期(qi)模(mo)式使(shi)PFC能夠(gou)跳(tiao)過電(dian)流(liu)低(di)時(shi)線(xian)路過零點附(fu)近(jin)的周(zhou)期(qi)，提供優(you)化(hua)的能(neng)效。這就(jiu)避(bi)免(mian)了(le)電(dian)源(yuan)轉(zhuan)換(huan)能(neng)效特別低(di)時(shi)的電(dian)路工(gong)作。應(ying)當註(zhu)意的(de)是(shi)，這種(zhong)模(mo)式會(hui)產生些電(dian)流(liu)波(bo)形(xing)失(shi)真(zhen)。因(yin)此，跳周(zhou)期(qi)模(mo)式不應(ying)當用於要(yao)求功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)的(de)應(ying)用。圖(tu)2比較(jiao)了CCFF器(qi)在跳(tiao)周(zhou)期(qi)模(mo)式及(ji)非跳周(zhou)期(qi)模(mo)式與(yu)傳統(tong)CrM的(de)能效。
增(zeng)強器功(gong)能(neng)
集(ji)成線(xian)路(lu)/負載瞬(shun)態(tai)補(bu)償進(jin)步增(zeng)強了PFC能(neng)，避(bi)免(mian)由(you)負(fu)載或輸(shu)入(ru)電壓突(tu)然(ran)變(bian)化(hua)（如(ru)啟(qi)動(dong)時）導致(zhi)的過多過(guo)沖或欠(qian)沖。這問題在(zai)傳統(tong)PFC段中比較(jiao)常(chang)見(jian)，原因(yin)就(jiu)在(zai)於通(tong)常(chang)較(jiao)低的(de)環(huan)路(lu)帶寬。相比較(jiao)而言，NCP1611在輸(shu)出(chu)電(dian)壓下降至低於其穩(wen)壓電(dian)平的95.5%時大幅加(jia)快穩(wen)壓環(huan)路(lu)。這功能在(zai)PFC段已(yi)經(jing)啟(qi)動(dong)以(yi)配合(he)出(chu)現(xian)軟(ruan)啟(qi)動(dong)工(gong)作後才啟(qi)用。如(ru)果輸(shu)出(chu)電(dian)壓過(guo)期(qi)望電(dian)平的105%，軟(ruan)過(guo)壓保(bao)護（Soft OVP）將(jiang)提供(gong)的功率(lv)線降低(di)至零。如(ru)果輸(shu)出(chu)持(chi)續上(shang)升(sheng)，當輸(shu)出(chu)電(dian)壓到(dao)達(da)期(qi)望電(dian)平的107%時，此電路(lu)立(li)即中斷功率(lv)提供。
此外(wai)，此器提(ti)供兩(liang)個版(ban)本，使(shi)設(she)計人員能夠(gou)根(gen)據工(gong)作電(dian)壓範(fan)圍優(you)化(hua)啟(qi)動(dong)電流(liu)。其(qi)中，NCP1611B的(de)供電電壓範(fan)圍達(da)17 V，適(shi)合(he)於自偏(pian)置應(ying)用。它(ta)的低(di)啟(qi)動(dong)電流(liu)特(te)支持(chi)使用阻抗啟(qi)動(dong)電阻，無需大VCC電(dian)容，幫(bang)助縮短啟(qi)動(dong)時間。NCP1611Azui大啟(qi)動(dong)電壓電(dian)平為11.5 V，能采(cai)用12 V電源(yuan)軌供(gong)電(dian)。它(ta)提供(gong)軟(ruan)啟(qi)動(dong)功能(neng)，適(shi)合(he)於電路(lu)由(you)輔(fu)助電(dian)源(yuan)等(deng)外(wai)部(bu)電源(yuan)或(huo)下行轉(zhuan)換(huan)器(qi)供(gong)電(dian)的應(ying)用。
NCP1611還片(pian)上(shang)提供多(duo)種(zhong)重要(yao)的保(bao)護功(gong)能(neng)，可(ke)以(yi)省(sheng)去分立(li)保護電(dian)路(lu)。集(ji)成的(de)保(bao)護功(gong)能(neng)包括雙(shuang)電平限流(liu)，在(zai)旁(pang)路(lu)或升(sheng)壓二(er)管(guan)短路的情況下，能夠(gou)關閉電(dian)源(yuan)開(kai)關或進(jin)入(ru)減小占空(kong)比的模(mo)式。這器件還(hai)應(ying)用了欠(qian)壓保(bao)護、輸(shu)入(ru)欠壓及(ji)過(guo)熱關閉。
輸(shu)出(chu)段包含經(jing)過(guo)優(you)化(hua)的圖(tu)騰(teng)柱（totem pole）電路(lu)，用於將(jiang)頻工(gong)作期(qi)間的跨導（cross-conduction）電流(liu)減(jian)至zui小。輸(shu)出(chu)電(dian)路的驅(qu)動(dong)能力(li)使器(qi)能夠(gou)直(zhi)接連接至擁有(you)大門電荷(he)（Qg）值(zhi)的功率(lv)MOSFET。圖(tu)3顯(xian)示了采(cai)用NCP1611的升(sheng)壓PFC電(dian)路(lu)的基(ji)本(ben)電(dian)路圖(tu)。
結(jie)論
轉(zhuan)向(xiang)數(shu)字PFC是(shi)優(you)化(hua)寬負(fu)載範(fan)圍條(tiao)件下PFC能效的種(zhong)方(fang)式。另(ling)方(fang)面，利(li)用已獲(huo)證明之模(mo)擬(ni)優(you)勢的型PFC器(qi)，能為(wei)設計人員(yuan)提供簡單(dan)、價(jia)比可(ke)能(neng)的方(fang)案。這是設計(ji)PFC方(fang)案時(shi)的(de)另(ling)個的巧妙(miao)而(er)其(qi)辛(xin)苦(ku)工(gong)作的(de)業(ye)界示例。您不需(xu)要(yao)轉向(xiang)數字PFC來提升(sheng)能(neng)效，您只是需(xu)要(yao)巧妙(miao)。
