KP2822SGA國產(chǎn)交錯(cuò)式PFC電源芯片方案

PFC 工作在臨界導(dǎo)通模式 (CRM) 具有諸多優(yōu)點(diǎn)，如控制策略簡單，環(huán)路易于穩(wěn)定，功率開關(guān)管工作在零電流開通工況，開通損耗低且無需使用成本較高的快恢復(fù)二極管等，因此適用于 250W 以下的功率段的應(yīng)用。而當(dāng)功率等級進(jìn)一步提高，單級 PFC 設(shè)計(jì)將變得愈加困難，CRM 運(yùn)行的缺點(diǎn)（如峰值電流大，電流紋波大等）將愈加明顯。

特別是一些對外形和體積有特殊要求的應(yīng)用場合，如纖薄型液晶顯示器，筆記本適配器，游戲主機(jī)等，單級 PFC 的電感體積大，散熱難處理，空間布局困難。針對上述應(yīng)用痛點(diǎn)，必易微推出高性能，雙相交錯(cuò)并聯(lián)，臨界導(dǎo)通模式 PFC 控制器 KP2822，以提供大功率，高性能，低系統(tǒng)成本的 PFC 解決方案。

優(yōu)勢1：輸入電流紋波減小

雙相 180° 錯(cuò)相運(yùn)行，電感電流紋波相互抵消，故輸入電流紋波明顯減小。當(dāng)驅(qū)動(dòng)脈寬占空比為 0.5(VIN=VOUT/2) 時(shí)，輸入電流紋波的理論值為 0A。

優(yōu)勢2：單路 Boost 電感尺寸減小，功率器件熱量分散

交錯(cuò)并聯(lián) PFC 的單路 Boost 電感所需儲(chǔ)存的能量是單級 PFC 的 Boost 電感的一半，單路磁芯尺寸減半，同時(shí)單路 MOSFET 和續(xù)流二極管的電流應(yīng)力是單級 PFC 的一半，有利于扁平化設(shè)計(jì)和空間布局的優(yōu)化。

優(yōu)勢3：輸出電容紋波電流減小

以占空比 D>0.5 為例，如下圖所示為續(xù)流電流(單級為續(xù)流二極管電流，交錯(cuò)并聯(lián)為兩個(gè)續(xù)流二極管電流之和)的波形，續(xù)流電流等于電容電流和負(fù)載電流之和。相同功率下，負(fù)載電流相同，而續(xù)流電流有效值減小，電容電流有效值減小，因此電容 ESR 帶來的損耗減小，電容溫升減小，提高了電容的壽命，電流應(yīng)力減小，提高了系統(tǒng)的可靠性。

KP2822 內(nèi)部集成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)碾p相交錯(cuò)時(shí)鐘控制邏輯，在所有工況都能夠可靠地實(shí)現(xiàn)兩路相位相差 180° 的工作方式，從而實(shí)現(xiàn)上述交錯(cuò)并聯(lián)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢。

除此之外，KP2822 還具有諸多優(yōu)點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)高性能、可靠的 PFC 功能。


亮點(diǎn)1：至少導(dǎo)通時(shí)間 TONMAX 可調(diào)

芯片 Rset 引腳的對地電阻，用于配置至少導(dǎo)通時(shí)間 TONMAX。根據(jù)功率等級，過載要求以及 Boost 電感量，用戶可選擇合適的電阻值。

亮點(diǎn)2：輸入線電壓前饋，過載一致性好

芯片的 BOP 管腳通過電阻分壓和濾波得到輸入線電壓的幅值，一方面可用于輸入欠壓保護(hù) (BOP)，另一方面通過輸入線電壓前饋電路作用到驅(qū)動(dòng)脈寬 TON 的閉環(huán)控制中，這樣系統(tǒng)的傳遞函數(shù)及功率輸出能力與輸入線電壓實(shí)現(xiàn)解耦，輸出功率只只取決于 COMP 管腳電壓的大小，過載一致性好。

過載功率隨輸入電壓變化的曲線

亮點(diǎn)：3PF 和 THD 優(yōu)化

KP2822 采用閉環(huán)的控制算法，對驅(qū)動(dòng)脈寬 TON 進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，在 CRM 和 DCM (斷續(xù)導(dǎo)通模式)下都可實(shí)現(xiàn)輸入電流的平均值(開關(guān)周期內(nèi))與輸入電壓的瞬時(shí)幅值成正比，從而理論上實(shí)現(xiàn) PF=1 的目標(biāo)，且 THD 很低。如下圖所示為 300W Demo 板測試數(shù)據(jù) (Rset=22kΩ，環(huán)路補(bǔ)償參數(shù)為 Cp=620nF，Cz=2μF，Rz=33kΩ)。

亮點(diǎn)4：谷底導(dǎo)通功能

芯片通過 Boost 電感的輔助繞組電壓來判斷 Boost 電感是否消磁結(jié)束。當(dāng) Boost 電壓退磁后，功率開關(guān)管的 DRAIN 管腳電壓開始以整流后的輸入電壓 VIN 為中心振蕩。KP2822 采用準(zhǔn)諧振的工作模式，在 DRAIN 管腳電壓振蕩至谷底時(shí)再次導(dǎo)通，從而大幅降低系統(tǒng)的開關(guān)損耗。同時(shí)在不同頻率下，谷底位置保持一致，也有利于 THD 的改善。


KP2822 谷底導(dǎo)通的原理和實(shí)驗(yàn)波形



亮點(diǎn)5：降頻工作點(diǎn)可調(diào)

當(dāng)負(fù)載功率降低時(shí)，功率開關(guān)管的導(dǎo)通損耗降低，開關(guān)損耗占主導(dǎo)。為了提高輕載工況下系統(tǒng)的效率，常見的做法是降低開關(guān)頻率以減小開關(guān)損耗。KP2822 的 FF 管腳可用于配置降頻工作點(diǎn)，客戶可根據(jù)應(yīng)用需求，靈活地選擇降頻開始的功率。而當(dāng)功率非常小或空載時(shí)，KP2822 通過打嗝模式進(jìn)一步降低輕載損耗和待機(jī)損耗。

亮點(diǎn)6：集成動(dòng)態(tài)加速功能

由于 PFC 系統(tǒng)的環(huán)路帶寬較低(一般設(shè)計(jì)值低于 20Hz)，以抑制二倍工頻紋波電壓，以改善 THD。但對于輕載切重載的暫態(tài)工況，這會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)恢復(fù)時(shí)間長，或觸發(fā)保護(hù)而系統(tǒng)宕機(jī)。KP2822 集成動(dòng)態(tài)加速功能，當(dāng)輸出電壓跌落超過閾值，芯片會(huì)給補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)快速充電，驅(qū)動(dòng)脈寬大幅增加以迅速增加能量輸出，系統(tǒng)得以快速恢復(fù)到額定輸出電壓。



亮點(diǎn)7：輸出過壓保護(hù)點(diǎn)可調(diào)節(jié)

在系統(tǒng)開機(jī)時(shí)，或者負(fù)載從重載突然切換到輕載，由于 PFC 的環(huán)路帶寬較低，故輸出電壓會(huì)有大幅超調(diào)，為了避免輸出濾波電容承受過電壓應(yīng)力，KP2822 會(huì)通過輸出過壓保護(hù)將驅(qū)動(dòng)關(guān)閉，同時(shí)根據(jù)系統(tǒng)規(guī)格要求，輸出過壓保護(hù)點(diǎn)可自由配置。



亮點(diǎn)8：完備的保護(hù)功能

KP2822 集成完備的保護(hù)功能，如 VDD 過欠壓保護(hù)，交流輸入欠壓保護(hù)，輸出過壓/欠壓保護(hù)，啟動(dòng)沖擊電流保護(hù)/過流限制，外部輸入保護(hù)，過熱保護(hù)，Rset 管腳開路保護(hù)等，提高了系統(tǒng)的可靠性。

相對于在液晶顯示器板卡電源上已較廣使用的友商同類產(chǎn)品 XX1631，KP2822 可以直接替換，且進(jìn)一步提升了相關(guān)性能，如下表所示：

特別是谷底導(dǎo)通功能，友商同類產(chǎn)品 XX1631 在消磁結(jié)束后 DRAIN 管腳電壓振蕩過程中，在輸入電壓幅值以下都可開通，而 KP2822 只允許在穿越輸入電壓的時(shí)刻開通，因此 KP2822 為嚴(yán)格的谷底導(dǎo)通，谷底位置一致性好，有效降低開關(guān)損耗，對 THD 也有改善作用。


KP2822 和友商同類產(chǎn)品 XX1631 谷底導(dǎo)通差異的波形

客戶可直接使用 KP2822 替換友商同類產(chǎn)品 XX1631，無需改動(dòng) PCB，除了將第三腳 Rset 電阻取值為友商同類產(chǎn)品該電阻的 1.3 倍，其它 BOM 也無需修改，替換成本低，且性能有優(yōu)化。

KP2822 適用于中大功率的 PFC 應(yīng)用場合，有利于高功率密度，扁平化的設(shè)計(jì)。芯片在任何工況都可實(shí)現(xiàn)兩路 180° 錯(cuò)相運(yùn)行，將交錯(cuò)并聯(lián)的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢發(fā)揮得淋漓盡致。芯片集成諸多優(yōu)良性能，如輸入電壓前饋補(bǔ)償，精確的谷底導(dǎo)通，動(dòng)態(tài)性能優(yōu)化，輕載降頻，打嗝模式，優(yōu)化 CRM/DCM 控制算法，完備的保護(hù)功能等，幫助客戶輕松地設(shè)計(jì)出高性能，高可靠性的開關(guān)電源產(chǎn)品。

同時(shí)芯片提供靈活的配置功能，如至少導(dǎo)通時(shí)間，輸出過壓點(diǎn)，輸入欠壓點(diǎn)，降頻工作點(diǎn)，至少工作頻率等，可滿足各類應(yīng)用場合的不同規(guī)格指標(biāo)要求?？蛻艨芍苯邮褂?KP2822 替換友商同類產(chǎn)品 XX1631，而只需修改一顆電阻即可。