智能交錯―實現高效AC/DC電源的先進PFC控制器

交錯是一種特殊的并聯方式，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系，為了保持兩級設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，就可能造成整個設計的崩潰。

FAN9612采用飛兆半導體專有的同步方案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致一個信道無法工作，內部重啟動定時器會被激活，相當于高效的功率限制，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，無須功率級冗余設計，從而能實現針對效率、性能和可靠性高度優(yōu)化的設計。

任何電源設計都要優(yōu)先考慮啟動，PFC轉換器也不例外。對大多數PFC應用而言，穩(wěn)壓輸出電壓設置點在400V 范圍之內，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組件造成額外的應力。FAN9612能夠解決與啟動有關的兩大重要問題。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后級DC/DC 轉換器從何處開始消耗 PFC輸出的功率，FAN9612都可以在內部調節(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)故障條件而產生電壓過沖。

除了閉環(huán)軟啟動工作模式之外，FAN9612還具有通過VOUT電阻分壓器網絡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。有些設計人員會采用這種方法：當通過自舉偏置(bootstrap bia)電源對PFC控制IC進行供電時，關斷啟動電路。雖然這種方案有助于降低功耗，但往往需要高側開關和驅動電路，從而增加外部組件的數目。FAN9612經特別設計，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即可提供一條經過RFB1的電流路徑，見圖2中的紅色虛線。一旦內部5V參考電壓有輸出，小信號MOSFET QSTART就被開通，電阻反饋網絡即從啟動功能中解脫出來。另外也可以根據情況，忽略DSTART和QSTART，采用傳統的啟動方法。

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致額外的線電流失真，從而妨礙利用 RMS 電壓信息來實現任何部分的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，FAN9612利用經過分壓(divided down)的峰值電壓信號來實現欠壓保護(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。RIN1和RIN2的比值可用于設定VIN(OVP)、跳變點和欠壓保護級。FAN9612獨有的Brown out遲滯可編程特性，可通過內部2μA電流源和RIN(HYS)進行設置。

圖3 輸入電壓感測電路