PFC 新品強勢來襲 | KP2822 高效能雙相交錯並聯 PFC 控制器
新品推出背景
PFC 工作在臨界導通模式 (CRM) 具有諸多優點☁│，如控制策略簡單☁│，環路易於穩定☁│，功率開關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二極體等☁│，因此適用於 250W 以下的功率段的應用▩✘₪·。而當功率等級進一步提高☁│，單級 PFC 設計將變得愈加困難☁│，CRM 執行的缺點（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用場合☁│，如纖薄型液晶顯示器☁│，筆記本介面卡☁│，遊戲主機等☁│，單級 PFC 的電感體積大☁│，散熱難處理☁│，空間佈局困難▩✘₪·。針對上述應用痛點☁│，必易微推出高效能☁│，雙相交錯並聯☁│，臨界導通模式 PFC 控制器 KP2822☁│，以提供大功率☁│，高效能☁│，低系統成本的 PFC 解決方案▩✘₪·。
KP2822 典型系統框圖
雙相交錯並聯的優勢
優勢 1
輸入電流紋波減小
雙相 180° 錯相執行☁│，電感電流紋波相互抵消☁│，故輸入電流紋波顯著減小▩✘₪·。當驅動脈寬佔空比為 0.5(VIN=VOUT/2) 時☁│，輸入電流紋波的理論值為 0A▩✘₪·。
不同佔空比下交錯並聯電流波形
優勢 2
單路 Boost 電感尺寸減小☁│，
功率器件熱量分散
交錯並聯 PFC 的單路 Boost 電感所需儲存的能量是單級 PFC 的 Boost 電感的一半☁│，單路磁芯尺寸減半☁│，同時單路 MOSFET 和續流二極體的電流應力是單級 PFC 的一半☁│，有利於扁平化設計和空間佈局的最佳化▩✘₪·。
單級 PFC 與交錯並聯 PFC 的
單路電流應力對比
優勢 3
輸出電容紋波電流減小
以佔空比 D>0.5 為例☁│，如下圖所示為續流電流(單級為續流二極體電流☁│，交錯並聯為兩個續流二極體電流之和)的波形☁│，續流電流等於電容電流和負載電流之和▩✘₪·。相同功率下☁│，負載電流相同☁│，而續流電流有效值減小☁│，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☁│，電流應力減小☁│，提高了系統的可靠性▩✘₪·。
單級 PFC 和交錯並聯 PFC
的續流電流對比
KP2822 產品亮點
KP2822 內部整合嚴謹的雙相交錯時鐘控制邏輯☁│，在所有工況都能夠可靠地實現兩路相位相差 180° 的工作方式☁│，從而實現上述交錯並聯結構的優勢▩✘₪·。
KP2822 晶片引腳圖
除此之外☁│，KP2822 還具有諸多優點☁│，以實現高效能▩↟₪•、可靠的 PFC 功能▩✘₪·。
亮點 1
最大導通時間 TONMAX 可調
晶片 Rset 引腳的對地電阻☁│，用於配置最大導通時間 TONMAX▩✘₪·。根據功率等級☁│，過載要求以及 Boost 電感量☁│，使用者可選擇合適的電阻值▩✘₪·。
不同阻值下晶片 TONMAX 引數表
亮點 2
輸入線電壓前饋☁│，過載一致性好
晶片的 BOP 管腳透過電阻分壓和濾波得到輸入線電壓的幅值☁│，一方面可用於輸入欠壓保護 (BOP)☁│，另一方面透過輸入線電壓前饋電路作用到驅動脈寬 TON 的閉環控制中☁│，這樣系統的傳遞函式及功率輸出能力與輸入線電壓實現解耦☁│，輸出功率僅僅取決於 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 3
PF 和 THD 最佳化
KP2822 採用閉環的控制演算法☁│，對驅動脈寬 TON 進行實時控制☁│，在 CRM 和 DCM (斷續導通模式)下都可實現輸入電流的平均值(開關週期內)與輸入電壓的瞬時幅值成正比☁│，從而理論上實現 PF=1 的目標☁│，且 THD 很低▩✘₪·。如下圖所示為 300W Demo 板測試資料 (Rset=22kΩ☁│，環路補償引數為 Cp=620nF☁│，Cz=2μF☁│，Rz=33kΩ)▩✘₪·。
300W Demo 不同輸入電壓下
全負載範圍 PF 和 THD 資料
亮點 4
谷底導通功能
晶片透過 Boost 電感的輔助繞組電壓來判斷 Boost 電感是否消磁結束▩✘₪·。當 Boost 電壓退磁後☁│，功率開關管的 DRAIN 管腳電壓開始以整流後的輸入電壓 VIN 為中心振盪▩✘₪·。KP2822 採用準諧振的工作模式☁│，在 DRAIN 管腳電壓振盪至谷底時再次導通☁│，從而大幅降低系統的開關損耗▩✘₪·。同時在不同頻率下☁│，谷底位置保持一致☁│，也有利於 THD 的改善▩✘₪·。
KP2822 谷底導通的原理和實驗波形
亮點 5
降頻工作點可調
當負載功率降低時☁│，功率開關管的導通損耗降低☁│，開關損耗佔主導▩✘₪·。為了提高輕載工況下系統的效率☁│，常見的做法是降低開關頻率以減小開關損耗▩✘₪·。KP2822 的 FF 管腳可用於配置降頻工作點☁│，客戶可根據應用需求☁│，靈活地選擇降頻開始的功率▩✘₪·。而當功率非常小或空載時☁│，KP2822 透過打嗝模式進一步降低輕載損耗和待機損耗▩✘₪·。
不同降頻配置引數下的系統效率對比
亮點 6
整合動態加速功能
由於 PFC 系統的環路頻寬較低(一般設計值低於 20Hz)☁│，以抑制二倍工頻紋波電壓☁│，以改善 THD▩✘₪·。但對於輕載切過載的暫態工況☁│，這會導致系統恢復時間長☁│，或觸發保護而系統宕機▩✘₪·。KP2822 整合動態加速功能☁│，當輸出電壓跌落超過閾值☁│，晶片會給補償網路快速充電☁│，驅動脈寬大幅增加以迅速增加能量輸出☁│，系統得以快速恢復到額定輸出電壓▩✘₪·。
亮點 7
輸出過壓保護點可調節
在系統開機時☁│，或者負載從過載突然切換到輕載☁│，由於 PFC 的環路頻寬較低☁│，故輸出電壓會有大幅超調☁│，為了避免輸出濾波電容承受過電壓應力☁│，KP2822 會透過輸出過壓保護將驅動關閉☁│，同時根據系統規格要求☁│，輸出過壓保護點可自由配置▩✘₪·。
亮點 8
完備的保護功能
KP2822 整合完備的保護功能☁│，如 VDD 過欠壓保護☁│，交流輸入欠壓保護☁│，輸出過壓/欠壓保護☁│，啟動衝擊電流保護/過流限制☁│，外部輸入保護☁│，過熱保護☁│，Rset 管腳開路保護等☁│，提高了系統的可靠性▩✘₪·。
晶片保護功能列表
KP2822 與友商同類產品
的效能對比
相對於在液晶顯示器板卡電源上已廣泛使用的友商同類產品 XX1631☁│，KP2822 可以直接替換☁│，且進一步提升了相關效能☁│，如下表所示•▩•│：
KP2822 和友商同類產品 XX1631
部分效能對比
特別是谷底導通功能☁│，友商同類產品 XX1631 在消磁結束後 DRAIN 管腳電壓振盪過程中☁│，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刻開通☁│，因此 KP2822 為嚴格的谷底導通☁│，谷底位置一致性好☁│，有效降低開關損耗☁│，對 THD 也有改善作用▩✘₪·。
KP2822 和友商同類產品 XX1631
谷底導通差異的波形
客戶可直接使用 KP2822 替換友商同類產品 XX1631☁│，無需改動 PCB☁│，除了將第三腳 Rset 電阻取值為友商同類產品該電阻的 1.3 倍☁│，其它 BOM 也無需修改☁│，替換成本低☁│，且效能有最佳化▩✘₪·。
總結
KP2822 適用於中大功率的 PFC 應用場合☁│，有利於高功率密度☁│，扁平化的設計▩✘₪·。晶片在任何工況都可實現兩路 180° 錯相執行☁│，將交錯並聯的結構優勢發揮得淋漓盡致▩✘₪·。晶片整合諸多優良效能☁│，如輸入電壓前饋補償☁│，精準的谷底導通☁│，動態效能最佳化☁│，輕載降頻☁│，打嗝模式☁│，最佳化 CRM/DCM 控制演算法☁│，完備的保護功能等☁│，幫助客戶輕鬆地設計出高效能☁│，高可靠性的開關電源產品▩✘₪·。
同時晶片提供靈活的配置功能☁│，如最大導通時間☁│，輸出過壓點☁│，輸入欠壓點☁│，降頻工作點☁│，最高工作頻率等☁│，可滿足各類應用場合的不同規格指標要求▩✘₪·。客戶可直接使用 KP2822 替換友商同類產品 XX1631☁│，而只需修改一顆電阻即可▩✘₪·。
