電源設(shè)計(jì)更快更好，高效能圖騰柱PFC應(yīng)用須知

現(xiàn)今電源供應(yīng)器市場(chǎng)為因應(yīng)全球減碳活動(dòng)，已經(jīng)將效能目標(biāo)設(shè)定為更高效率、減少損失、節(jié)省能源、降低成本、提高系統(tǒng)容量為主。安森美(onsemi)提出最新高效能Totem Pole(圖騰柱) 結(jié)合全橋整流器之PFC IC NCP1680/1681設(shè)計(jì)方案，相較傳統(tǒng)PFC之轉(zhuǎn)換效率可以提升3%~4%，符合未來電源供應(yīng)器之節(jié)省能源，降低成本，提高系統(tǒng)容量之訴求。加上NCP1680/1681快速的負(fù)載暫態(tài)補(bǔ)償響應(yīng)，以及高規(guī)格安規(guī)等級(jí)各式保護(hù)功能，特別是具有PFC-OK訊號(hào)供應(yīng)后級(jí)電源時(shí)序控制，NCP1680/1681應(yīng)用達(dá)到高效率，高功率因子，以及高穩(wěn)定性PFC應(yīng)用。

為何要選用圖騰柱 PFC ？

以240W電源供應(yīng)器設(shè)計(jì)為例，現(xiàn)行常用的傳統(tǒng)PFC 級(jí)+LLC諧振DC-DC Convert的效率已經(jīng)可以達(dá)到極致(97%+97%)，但主要功耗來自于橋式整流器(Bridge Diode)，約占18% (以240W輸出功率計(jì)算)，而且橋式整流器需要散熱器(Heak Sink)幫助降溫，導(dǎo)致材料成本無法節(jié)省，如下圖。

為了減少橋式整流器的損耗，可以將四顆二極體改用MOSFET取代，另外PFC 輸出整流二極體亦可以改用MOSFET，以主動(dòng)式IC控制M0SFET開關(guān)來達(dá)到降低二極體損耗，此一設(shè)計(jì)雖然可以降低損耗提升效率，但付出的代價(jià)是高昂的材料成本(低Rds_on 的MOSFET價(jià)格是Diode的數(shù)倍)。

3.僅需將幾個(gè)元件換位及移除就可以改成圖騰柱PFC 架構(gòu)，一樣可以達(dá)到降低損耗的效果，如下圖。

4.無橋式整流器圖騰柱 PFC 的電路僅需四個(gè)MOSFET 切換元件，其中靠近輸入電源端定義為慢速臂(頻率同輸入電源50/60HZ)，靠近負(fù)載端(Bulk 電容)定義為快速臂

 (65KHZ~100KHZ)，慢速臂可以用一般的Super Junction MOSFET，快速臂建議用第三代 半導(dǎo)體(GaN or SiC) MOSFET，可以達(dá)到最佳的效率。

Totem Pole PFC動(dòng)作說明

以上便是針對(duì)安森美圖騰柱PFC IC NCP1681/1680工作原理的說明，是否讓您在設(shè)計(jì)初期對(duì)于圖騰柱 PFC的工作原理有初步的概念了呢？事實(shí)上，隨著各家電源供應(yīng)器設(shè)計(jì)大廠陸續(xù)導(dǎo)入 NCP1680/1681 Totem Pole PFC 設(shè)計(jì)，有越來越多除錯(cuò)(Debug)的經(jīng)驗(yàn)累積，接下來本文將會(huì)針對(duì) NCP1680/1681 應(yīng)用須知及除錯(cuò)經(jīng)驗(yàn)分享，以利后進(jìn)設(shè)計(jì)者能節(jié)省時(shí)間，更快上手。

NCP1681高功率圖騰柱PFC控制器

NCP1681高功率圖騰柱PFC控制器，主要為超高密度大功率離線電源，包括服務(wù)器電源、高性能計(jì)算機(jī)電源、通訊電源、工業(yè)電源和OLED電視電源等應(yīng)用而推出。NCP1681專用于無橋圖騰柱功率因數(shù)校正(TP PFC)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，工作在通用電源輸入電壓(90 - 265 Vac)，將非數(shù)字類控制TP PFC設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)擴(kuò)展到kW功率。滿足具有挑戰(zhàn)性的能效標(biāo)準(zhǔn)，如 “80Plus ”或 “CoC Tier 2”等在寬負(fù)載范圍都需要達(dá)到高能效標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用場(chǎng)合提供有效解決方案，同時(shí)減少設(shè)計(jì)時(shí)間和成本，使方案能更快地交付給市場(chǎng)。在高壓輸入下，NCP1681 TP PFC方案的效率將達(dá)近99%。

一、PCB Layout 須知

二、Totem Pole PFC 開機(jī)建議步驟

1.先斷開次級(jí)側(cè)電路(DC-DC Converter)，單獨(dú)測(cè)試PFC Stage ，Vcc 由外部直流電源供應(yīng)器供電，AC 輸入電壓緩慢增加(限制輸入電流)。

2.觀察電感電流及輸出電壓波形，若有電流不平衡非Sinewave或目標(biāo)電壓達(dá)不到，要立刻關(guān)機(jī)檢查。

3.慢慢加載(高壓負(fù)載)，持續(xù)觀察電感電流是否平衡？若有出現(xiàn)不平衡現(xiàn)象就要立刻關(guān)機(jī)檢查。

三、波形量測(cè)及問題除錯(cuò)

因 PCB Layout 與 NCP1680/1681 開機(jī)成敗有很密切的關(guān)系，文中PCB Layout Guide系累積許多失敗經(jīng)驗(yàn)整理而成，請(qǐng)務(wù)必遵循上述Layout Guide執(zhí)行，可避免走很多冤枉路。另外，依據(jù)筆者經(jīng)驗(yàn)，電感電流正弦波形是判定圖騰柱PFC正常動(dòng)作與否的觀察重點(diǎn)，若有失真現(xiàn)象，務(wù)必找出問題再進(jìn)行操作。