增強(qiáng)的PFC控制器NCL2801用于照明應(yīng)用提供更高能效和更優(yōu)的THD

　　安森美半導(dǎo)體最新的NCL2801電流模式臨界導(dǎo)通型 (CrM)功率因數(shù)校正(PFC) 升壓控制器IC，適用于模擬/脈寬調(diào)制(PWM)可調(diào)光LED驅(qū)動(dòng)器。該器件的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)是優(yōu)化的總諧波失真(THD)性能，同時(shí)在寬負(fù)載條件下最大化系統(tǒng)能效，在啟動(dòng)和動(dòng)態(tài)負(fù)載期間還具備更小的過沖/下沖，線性電平檢測(cè)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的環(huán)路增益控制，集成誤差放大器易于環(huán)路設(shè)計(jì)和降低功耗。采用SOIC-8的小外形封裝，并集成一系列保護(hù)特性，提供較高的系統(tǒng)可靠性。此外，多個(gè)Vcc啟動(dòng)門限提高設(shè)計(jì)靈活性。

　　NCL2801的關(guān)鍵特性

　　NCL2801的關(guān)鍵特性包括：基于創(chuàng)新的谷底計(jì)數(shù)頻率反走(Valley Count Frequency Fold-back, or VCFF)方法、THD增強(qiáng)技術(shù)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)增強(qiáng)、軟過壓保護(hù)(OVP)/快速OVP、線性前饋、寬Vcc范圍(10.5 V至28 V)/多個(gè)Vcc啟動(dòng)門限、跨導(dǎo)誤差放大器(OTA)、高驅(qū)動(dòng)能力(-500/ +800 mA)，以及欠壓保護(hù)、熱關(guān)斷、OVP、過流保護(hù)、開路/短路保護(hù)等等。

　　NCL2801有不同的版本，各版本的可選特性如下表所示，默認(rèn)版本為NCL2801CDA DR2G。設(shè)計(jì)人員可根據(jù)具體應(yīng)用需求選用合適的版本，提供更高的設(shè)計(jì)靈活性。

　　表1：NCL2801各版本的可選特性

　　200 W PFC級(jí)參考設(shè)計(jì)

　　采用NCL2801設(shè)計(jì)200 W輸出功率的 PFC級(jí)參考設(shè)計(jì)板如圖2所示。線性電壓范圍90 V至305 V。

　　圖1：NCL2801應(yīng)用框圖

　　圖2：NCL2801驅(qū)動(dòng)的200 W PFC級(jí)參考設(shè)計(jì)板

　　1. VCFF 在寬負(fù)載范圍最優(yōu)化能效

　　在重載電流條件下，NCL2801在CrM模式下工作，計(jì)為1個(gè)谷底開關(guān)。隨著輸出功率減小，頻率降低，當(dāng)VCTRL引腳電壓低于閾值電壓時(shí)，該控制器進(jìn)入非連續(xù)導(dǎo)通模式(DCM)，開始增加谷底開關(guān)計(jì)數(shù)。在6個(gè)谷底開關(guān)之后，若輸出功率繼續(xù)減小，則增加額外的死區(qū)時(shí)間。總死區(qū)時(shí)間不超過36.5 us，最小開關(guān)頻率不低于27.4 kHz。開關(guān)頻率取決于輸出電壓、輸入電壓和升壓電感值，并隨負(fù)載功率增加而增加。閾值電壓可通過Rcs來設(shè)定，提供設(shè)計(jì)靈活性。VCFF最大化DCM期間和輕載條件下的能效并降低待機(jī)功耗。同頻率鉗位臨界導(dǎo)通型(FCCrM)控制器一樣，即使開關(guān)頻率降低，內(nèi)部電路也使功率因數(shù)接近1。

　　2. THD增強(qiáng)

　　通過在電路倍增器輸出端添加一個(gè)偏置電壓以增加導(dǎo)通時(shí)間，從而提升THD性能。如圖3所示，200 W評(píng)估板在305 Vac、滿載時(shí)的THD <5%，在277 Vac、50%負(fù)載時(shí)的THD<6%，在230 Vac、25%負(fù)載時(shí)的THD<7%。

　　圖3：200 W評(píng)估板在不同Vac、負(fù)載時(shí)的THD性能

　　3. 快速線性/負(fù)載瞬態(tài)補(bǔ)償

　　由于傳統(tǒng)PFC級(jí)回路響應(yīng)慢，負(fù)載或輸入電壓的突然變化可能會(huì)導(dǎo)致明顯的下沖或過沖。而NCL2801利用動(dòng)態(tài)響應(yīng)增強(qiáng)技術(shù)，減小輸出下沖;其軟 OVP/快速OVP特性，減小輸出過沖。

　　4. 線性電平檢測(cè)

　　通過調(diào)整倍增器增益值對(duì)比線性電壓狀態(tài)，線性電平檢測(cè)電路支持更優(yōu)化的環(huán)路增益控制，在寬輸入條件下保持穩(wěn)定工作。

　　5. 跨導(dǎo)誤差放大器

　　跨導(dǎo)誤差放大器的跨導(dǎo)增益典型值為200 us，最大電流+/-20 uA，該P(yáng)FC級(jí)的輸出電壓通過一個(gè)并聯(lián)電阻而降低，偏置電流最小化以支持使用高阻抗反饋網(wǎng)絡(luò)，從而簡(jiǎn)化環(huán)路設(shè)計(jì)，降低功耗。

　　6. 圖騰柱輸出

　　NCL2801結(jié)合一個(gè)-0.5/+0.8 A的門極驅(qū)動(dòng)器，提供高效驅(qū)動(dòng)功率MOSFET的能力。

　　7. 豐富的保護(hù)特性

　　NCL2801通過集成一系列的保護(hù)特性，如過壓保護(hù)、過流保護(hù)、熱關(guān)斷、欠壓檢測(cè)、開/短路保護(hù)等，持續(xù)檢測(cè)輸入電壓和輸出電壓、MOSFET電流和芯片溫度，以保護(hù)系統(tǒng)免受損害，使PFC級(jí)極其強(qiáng)固和可靠。

　　布板及抗噪聲考量

　　NCL2801對(duì)噪聲不是特別敏感，但在布板時(shí)仍需考慮以下幾點(diǎn)以盡量?jī)?yōu)化系統(tǒng)性能：

　　? 電源環(huán)路面積必須最小化

　　? 接地電源采用星形配置，提供電流返回路徑

　　? 接地電路采用星形配置

　　? 接地電源和接地電路應(yīng)通過一個(gè)單一的路徑連接，不能使用環(huán)路

　　? 此路徑最好在靠近電流檢測(cè)電阻接地端處連接接地電路和接地電源

　　? 應(yīng)在電路Vcc和GND引腳間放置一個(gè)100 nF 或200 nF 的電容，及最小化連接長(zhǎng)度

　　? 建議在FB引腳放置一個(gè)濾波電容，以保護(hù)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(huì)使通過FB引腳檢測(cè)的電壓失真。

　　總結(jié)

　　NCL2801電流模式CrM升壓PFC控制器IC利用安森美半導(dǎo)體的THD增強(qiáng)技術(shù)在寬負(fù)載范圍提供同類最佳的THD性能，而創(chuàng)新的VCFF法提高能效和降低功耗，一系列的保護(hù)特性提供高可靠性，是LED照明應(yīng)用及其他要求高能效、低待機(jī)功耗、低THD、高可靠性的PFC前端應(yīng)用的理想選擇，采用SOIC-8 封裝，可實(shí)現(xiàn)緊湊的設(shè)計(jì)。多個(gè)不同版本滿足不同的設(shè)計(jì)需求，提高設(shè)計(jì)靈活性。