必易微KP2822高性能双相交错并联PF [复制链接]

前言

PFC工作在临界导通模式(CRM)具有诸多优点，如控制策略简单，环路易于稳定，功率开关管工作在零电流开通工况，开通损耗低且无需使用成本较高的快恢复二极管等，因此适用于W以下的功率段的应用。而当功率等级进一步提高，单级PFC设计将变得愈加困难，CRM运行的缺点(如峰值电流大，电流纹波大等)将愈加明显。

特别是一些对外形和体积有特殊要求的应用场合，如纤薄型液晶显示器，笔记本适配器，游戏主机等，单级PFC的电感体积大，散热难处理，空间布局困难。针对上述应用痛点，必易微推出高性能，双相交错并联，临界导通模式PFC控制器KP，以提供大功率，高性能，低系统成本的PFC解决方案。

KP典型系统框图

双相交错并联的优势

优势1:输入电流纹波减小

双相°错相运行，电感电流纹波相互抵消，故输入电流纹波显著减小。当驱动脉宽占空比为0.5(VIN=VOUT/2)时，输入电流纹波的理论值为0A。

不同占空比下交错并联电流波形

优势2:单路Boost电感尺寸减小，功率器件热量分散

交错并联PFC的单路Boost电感所需储存的能量是单级PFC的Boost电感的一半，单路磁芯尺寸减半，同时单路MOSFET和续流二极管的电流应力是单级PFC的一半，有利于扁平化设计和空间布局的优化。

单级PFC与交错并联PFC的单路电流应力对比

优势3:输出电容纹波电流减小

以占空比D0.5为例，如下图所示为续流电流(单级为续流二极管电流，交错并联为两个续流二极管电流之和)的波形，续流电流等于电容电流和负载电流之和。相同功率下，负载电流相同，而续流电流有效值减小，电容电流有效值减小，因此电容ESR带来的损耗减小，电容温升减小，提高了电容的寿命，电流应力减小，提高了系统的可靠性。

单级PFC和交错并联PFC的续流电流对比

KP产品亮点

KP内部集成严谨的双相交错时钟控制逻辑，在所有工况都能够可靠地实现两路相位相差°的工作方式，从而实现上述交错并联结构的优势。

KP芯片引脚图

除此之外，KP还具有诸多优点，以实现高性能、可靠的PFC功能。

亮点1:最大导通时间TONMAX可调

芯片Rset引脚的对地电阻，用于配置最大导通时间TONMAX。根据功率等级，过载要求以及Boost电感量，用户可选择合适的电阻值。

不同阻值下芯片TONMAX参数表

亮点2:输入线电压前馈，过载一致性好

芯片的BOP管脚通过电阻分压和滤波得到输入线电压的幅值，一方面可用于输入欠压保护(BOP)，另一方面通过输入线电压前馈电路作用到驱动脉宽TON的闭环控制中，这样系统的传递函数及功率输出能力与输入线电压实现解耦，输出功率仅仅取决于COMP管脚电压的大小，过载一致性好。

过载功率随输入电压变化的曲线

亮点3F和THD优化

KP采用闭环的控制算法，对驱动脉宽TON进行实时控制，在CRM和DCM(断续导通模式)下都可实现输入电流的平均值(开关周期内)与输入电压的瞬时幅值成正比，从而理论上实现PF=1的目标，且THD很低。如下图所示为WDemo板测试数据(Rset=22kΩ，环路补偿参数为Cp=nF，Cz=2μF，Rz=33kΩ)。

WDemo不同输入电压下

全负载范围PF和THD数据

亮点4:谷底导通功能

芯片通过Boost电感的辅助绕组电压来判断Boost电感是否消磁结束。当Boost电压退磁后，功率开关管的DRAIN管脚电压开始以整流后的输入电压VIN为中心振荡。KP采用准谐振的工作模式，在DRAIN管脚电压振荡至谷底时再次导通，从而大幅降低系统的开关损耗。同时在不同频率下，谷底位置保持一致，也有利于THD的改善。

KP谷底导通的原理和实验波形

亮点5:降频工作点可调

当负载功率降低时，功率开关管的导通损耗降低，开关损耗占主导。为了提高轻载工况下系统的效率，常见的做法是降低开关频率以减小开关损耗。KP的FF管脚可用于配置降频工作点，客户可根据应用需求，灵活地选择降频开始的功率。而当功率非常小或空载时，KP通过打嗝模式进一步降低轻载损耗和待机损耗。

不同降频配置参数下的系统效率对比

亮点6:集成动态加速功能：

由于PFC系统的环路带宽较低(一般设计值低于20Hz)，以抑制二倍工频纹波电压，以改善THD。但对于轻载切重载的暂态工况，这会导致系统恢复时间长，或触发保护而系统宕机。KP集成动态加速功能，当输出电压跌落超过阈值，芯片会给补偿网络快速充电，驱动脉宽大幅增加以迅速增加能量输出，系统得以快速恢复到额定输出电压。

亮点7:输出过压保护点可调节：

在系统开机时，或者负载从重载突然切换到轻载，由于PFC的环路带宽较低，故输出电压会有大幅超调，为了避免输出滤波电容承受过电压应力，KP会通过输出过压保护将驱动关闭，同时根据系统规格要求，输出过压保护点可自由配置。

亮点8:完备的保护功能：

KP集成完备的保护功能，如VDD过欠压保护，交流输入欠压保护，输出过压/欠压保护，启动冲击电流保护/过流限制，外部输入保护，过热保护，Rset管脚开路保护等，提高了系统的可靠性。

芯片保护功能列表

KP与友商同类产品的性能对比

相对于在液晶显示器板卡电源上已广泛使用的友商同类产品XX，KP可以直接替换，且进一步提升了相关性能，如下表所示：

KP和友商同类产品XX

部分性能对比

特别是谷底导通功能，友商同类产品XX在消磁结束后DRAIN管脚电压振荡过程中，在输入电压幅值以下都可开通，而KP只允许在穿越输入电压的时刻开通，因此KP为严格的谷底导通，谷底位置一致性好，有效降低开关损耗，对THD也有改善作用。

KP和友商同类产品XX

谷底导通差异的波形

客户可直接使用KP替换友商同类产品XX，无需改动PCB，除了将第三脚Rset电阻取值为友商同类产品该电阻的1.3倍，其它BOM也无需修改，替换成本低，且性能有优化。

充电头网总结

KP适用于中大功率的PFC应用场合，有利于高功率密度，扁平化的设计。芯片在任何工况都可实现两路°错相运行，将交错并联的结构优势发挥得淋漓尽致。芯片集成诸多优良性能，如输入电压前馈补偿，精准的谷底导通，动态性能优化，轻载降频，打嗝模式，优化CRM/DCM控制算法，完备的保护功能等，帮助客户轻松地设计出高性能，高可靠性的开关电源产品。

同时芯片提供灵活的配置功能，如最大导通时间，输出过压点，输入欠压点，降频工作点，最高工作频率等，可满足各类应用场合的不同规格指标要求。客户可直接使用KP替换友商同类产品XX，而只需修改一颗电阻即可。