關鍵字：LED驅動 電(dian)流頻率反走(zou) 模擬PFC 數字PFC
的電流頻(pin)率反走（CCFF）使模擬功率因(yin)數(shu)校正（）器能夠在完整負載范圍內(nei)提供能效，其它已(yi)知(zhi)優勢還(huan)包括(kuo)瞬態響應及簡化電(dian)路設(she)計。
簡介：能效PFC
諸如歐盟耗能產品(pin)（ErP）指令等嚴格生(sheng)態設計(ji)法(fa)規(gui)要求電(dian)視、膝上型及臺式電(dian)腦、熒(ying)光燈鎮流器和LED照明驅動器等日(ri)常使用(yong)的(de)產(chan)品提(ti)供能(neng)效。為了在產(chan)品通過必要(yao)的(de)批準，如在歐盟銷售的(de)商品須獲得強制的(de)CE標(biao)志，新(xin)設計必須(xu)包括待機(ji)、部分負載(zai)或滿載(zai)條件的寬(kuan)負載(zai)范圍能效(xiao)目標(biao)。
此外，設計人員也面臨以(yi)有競(jing)爭(zheng)力的價格提供之市場(chang)需求的壓力。功率(lv)因數校(xiao)正(zheng)（PFC）（功(gong)率于70 W之應用強制要(yao)求PFC）的集成(cheng)電(dian)路(lu)（IC）集成越來(lai)越多的功能，通過(guo)減少電源元件(jian)數量(liang)及降低(di)對(dui)電容等大體積、規(gui)格過(guo)的器件(jian)的依賴，可以(yi)幫助此要求。
有源PFC補償由(you)電源導(dao)致、會(hui)增加電氣網絡內熱量及(ji)干擾的線路電流諧波失真(zhen)。由(you)于對能效(xiao)的顧慮(lv)已經延伸，不涵(han)蓋待機及(ji)降低功(gong)率(lv)模(mo)式，還包括滿額功(gong)率(lv)模(mo)式，傳統PFC工作(zuo)的缺點就變得(de)越來越受注目(mu)。采用臨界導電模(mo)式（CrM）工(gong)作的(de)傳統PFC器的能效在電源輕(qing)載工作時往(wang)往(wang)會降低，如電器在待機模式下就是如此。
轉向數字PFC，還是不(bu)轉？
某(mou)些(xie)芯片(pian)制造商已將數字PFC作為(wei)克服此局限(xian)的出(chu)路(lu)。通過將(jiang)感測模擬(ni)電(dian)壓轉換(huan)至數(shu)字(zi)域，然后應用信號處理算法(fa)，數(shu)字(zi)器就不受線(xian)特的，在負載條件下(xia)(xia)都可(ke)以合成優(you)的輸(shu)出(chu)波形。不同模式(shi)下(xia)(xia)的能效取決于芯(xin)片制造(zao)商(shang)開(kai)發的算法(fa)品質(zhi)。市場上近期推出(chu)的數(shu)字(zi)PFC器還集(ji)成(cheng)了(le)通過I2C等連接實現的(de)診斷及用(yong)戶可編程等功能。
然而，有關(guan)模擬PFC將被數字PFC替代的傳言在過去已經被證(zheng)明是夸大(da)其辭。在這種情況下，要(yao)想削弱傳統模擬PFC器的些關鍵優勢可能還為時尚早。雖然制(zhi)造商們聲稱數字PFC器相比模(mo)擬PFC器(qi)具(ju)有(you)成(cheng)本優勢，特(te)別是在(zai)系統考慮成(cheng)本時，但市(shi)場上的模(mo)擬PFC器(qi)的價格比數字PFC器低。某些數字(zi)PFC器自推出*代產品(pin)以來，價(jia)格實際上已經(jing)上漲。此外，模擬PFC器中集成的保護電路及(ji)輸入(ru)欠壓等特能夠(gou)提(ti)供使用少(shao)外部元件(jian)的具(ju)價格競爭力的設計。
世(shi)代的模擬PFC器(qi)通過采用電流(liu)頻(pin)率反走（CCFF）等(deng)，能夠(gou)提供的能效。安森(sen)美半導(dao)體的NCP1611和(he)NCP1612 PFC器中應用了這種新的工作模式(shi)。CCFF使器(qi)在寬負載(zai)內維持(chi)能效，包括輕載(zai)和待機工作條件，以及較負載(zai)條件。這些器(qi)還應用了(le)增強型特，改善故障(zhang)處理及瞬態(tai)響應，并支持(chi)不同偏置場景，為(wei)設(she)計人員提(ti)供額外的靈活(huo)。
提升負載條件下(xia)的(de)能效(xiao)
在(zai)CCFF架構下，電路在(zai)大電流條件(jian)下采用臨界導(dao)電模式（CrM）工作(zuo)。在重(zhong)負載條件(jian)下(xia)臨近過零(ling)點(dian)時(shi)會出現(xian)低(di)(di)電流(liu)電平，而輕載條件(jian)下(xia)完整(zheng)正弦方波皆(jie)為(wei)低(di)(di)電流(liu)電平；而在低(di)(di)電流(liu)電平時(shi)，器進(jin)入頻率受控不(bu)連續工作(zuo)模式。定時(shi)器會插入死區時(shi)間(jian)，延遲啟動(dong)，直到從表(biao)征輸入電流(liu)的感(gan)測電壓上升至內部(bu)產生(sheng)的精(jing)密2.5 V“斜(xie)坡閾值”之斜坡(po)所需時(shi)(shi)間用完。因此，較低輸入電流的死區時(shi)(shi)間長。圖1通過不(bu)同負載條(tiao)件(jian)下(xia)升壓MOSFET的電壓(ya)波形顯(xian)示了CCFF的工作(zuo)原理。
定時器死(si)區時間而非開關周(zhou)期(qi)/關閉(bi)時間。當電流(liu)為零時，反走頻(pin)率被為zui低(di)的20 kHz。器通過這種方式能夠將額定負載及(ji)輕載條件下(xia)的能效均(jun)提升至zui。特別是待機損耗被降至zui低。通過延遲MOSFET導通的時間點直至(zhi)漏-源電壓到達(da)其(qi)谷(gu)底，進步降低了損耗。谷(gu)底開關還將產生的電磁干(gan)擾（EMI）減至(zhi)zui少。另項優勢(shi)是系統不(bu)會在谷(gu)底(di)之間(jian)停滯。由(you)于(yu)死區時間(jian)不(bu)受電流周期時長(chang)變化(hua)的(de)影響，谷(gu)底(di)導(dao)通的(de)發(fa)生不(bu)帶有遲滯。
可(ke)以將(jiang)CCFF工(gong)作模式與負載下降時(shi)開關頻率上升的(de)傳統CrM作比較。輕負載(zai)時，傳(chuan)統(tong)CrM器可能(neng)進入突發（burst）模式，產(chan)生(sheng)可聽(ting)噪聲。相比較而言，CCFF器的(de)較低(di)頻率被鉗(qian)位至于可聽頻率范圍，因而防止產生(sheng)可聽噪聲(sheng)。
與頻率(lv)臨界導電模式（FCCrM）器類似(si)，CCFF器的內部電路能夠提供接近1的功率(lv)因數(shu)，即(ji)便(bian)是在開關頻率(lv)降低的情況下。此外，跳周期模式使(shi)PFC能夠跳過(guo)電(dian)流(liu)低時線路過(guo)零點附近(jin)的周期，提供優化的能效(xiao)。這(zhe)就避免了電(dian)源轉換能效(xiao)特別低時的電(dian)路工作。應當(dang)注意的是，這(zhe)種模式會產生些電(dian)流(liu)波形失真。因(yin)此(ci)，跳周期模式不應當(dang)用(yong)于要求(qiu)功(gong)率因(yin)數的應用(yong)。圖2比較了CCFF器在跳周期模式(shi)及非(fei)跳周期模式(shi)與傳統(tong)CrM的能效。
增強器功能(neng)
集成線路/負(fu)載瞬態補(bu)償(chang)進步(bu)增強(qiang)了PFC能，避免由負載或輸入電壓突(tu)然變化（如啟動時）導致的過多過沖或(huo)欠沖。這問題在傳統PFC段中(zhong)比較常見，原(yuan)因就在于通常較低的環路帶寬。相比較而言，NCP1611在輸出電(dian)壓(ya)下降至低于(yu)其(qi)穩壓(ya)電(dian)平的95.5%時(shi)大(da)幅(fu)加快(kuai)穩壓環路。這(zhe)功能在PFC段已(yi)經啟動(dong)以配(pei)合(he)出(chu)(chu)現軟(ruan)啟動(dong)工作后才(cai)啟用。如果輸出(chu)(chu)電(dian)壓過期望(wang)電(dian)平(ping)的(de)105%，軟過壓(ya)保(bao)護(hu)（Soft OVP）將提供的功率線(xian)降低(di)至零。如果(guo)輸出持續上(shang)升，當(dang)輸出電壓到達(da)期(qi)望電平(ping)的107%時，此電路立即中斷功率提供。
此外，此器提(ti)供兩個版(ban)本，使設(she)計人員能夠根據工作電壓范圍優(you)化啟(qi)動電流(liu)。其中(zhong)，NCP1611B的供電電壓(ya)范圍達17 V，適合于自偏置(zhi)應用(yong)。它的低(di)啟動電(dian)流(liu)特支持使(shi)用(yong)阻抗啟動電(dian)阻，無需大VCC電容(rong)，幫助縮(suo)短啟動時間(jian)。NCP1611Azui大(da)啟(qi)動電(dian)壓電(dian)平為11.5 V，能采用12 V電(dian)(dian)源軌供(gong)電(dian)(dian)。它(ta)提供(gong)軟啟動功能，適合于電(dian)(dian)路由輔助(zhu)電(dian)(dian)源等外(wai)部(bu)電(dian)(dian)源或下行轉換器(qi)供(gong)電(dian)(dian)的應用。
NCP1611還片上提供多種重(zhong)要的保(bao)(bao)護(hu)功能(neng)，可以省去分立保(bao)(bao)護(hu)電路(lu)。集成的保(bao)(bao)護(hu)功能(neng)包括雙電平限流(liu)，在旁路(lu)或升壓二(er)管(guan)短(duan)路(lu)的情況下，能(neng)夠關(guan)閉電源(yuan)開關(guan)或進入減小占空比的模式(shi)。這器件還應(ying)用了(le)欠壓保(bao)(bao)護(hu)、輸入欠壓及過(guo)熱(re)關(guan)閉。
輸出(chu)段包含經過優化的圖騰柱（totem pole）電(dian)路，用于(yu)將(jiang)頻工作期(qi)間的(de)跨(kua)導（cross-conduction）電(dian)流減(jian)至zui小。輸出電(dian)路的驅動能力使(shi)器能夠直接(jie)連接(jie)至擁有大(da)門電(dian)荷（Qg）值的功率MOSFET。圖3顯(xian)示了采(cai)用NCP1611的升壓PFC電(dian)路(lu)的基本(ben)電(dian)路(lu)圖。
結論
轉向數字(zi)PFC是優化寬負載范(fan)圍條件下PFC能(neng)效的種方(fang)式。另方(fang)面，利用已獲(huo)證明之模擬(ni)優(you)勢(shi)的型PFC器，能為設(she)計人員提(ti)供簡單、價比可能的方案。這是設(she)計PFC方案時的另(ling)個的巧妙而其辛苦工作(zuo)的業(ye)界(jie)示例。您不需(xu)要轉向數字PFC來提升(sheng)能效，您只(zhi)是需(xu)要(yao)巧妙。
