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      -   路由器   路由器

       

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      -   平板電腦

       

      -   筆記本 

       

      -   印表機

       

      -   電子玩具

       

      -   智慧穿戴

       

       個人電子監護

       

    • -   工業電源

       

      -   充電樁

       

      -   逆變器 

       

      -   工業機器人

       

      -   工業 BMS

       

      -   能量儲存

       

       

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▩✘₪·。

 

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