业界首款智能混合信号无桥图腾柱@@@@ PFC 控制器解决@@ AC-DC 电源能效@@挑战@@

世界上消耗的大部分电力都供应给某种形式的@@AC-DC 电源单元@@(PSU),这意味着它们的能效@@@@在@@运行成本和@@影响环境的排放方面很重要@@。在@@最简单的层面上@@,能效@@是从电网@@汲取的功率与提供@@给负载@@的有用功率之比@@。但@@是@@,如果线路电流和@@电压异相或@@具有不同的波形@@,则所消耗的视在@@功率可能会显著增加@@,大大降低能效@@@@。

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同相和@@异相操作之间的比率称为功率因数@@,PSU 设计人员的一个关键目标是确保该比率尽可能接近@@1。事实上@@,这非常重要@@,以至于现在@@立法和@@标准@@如@@ IEC 61000-3-2强制要求限制线路谐波中的功率@@。

此外@@,新的能效@@@@标准@@规定了在@@更广泛的工作功率范围内的能效@@@@水平@@。例如@@,80 PLUS®计划提倡在@@@@20%和@@100%之间的负载@@下达到@@80%的能效@@@@,而最高级别@@(被称为@@ "80+ Titanium标准@@")规定在@@@@10%的负载@@下能效@@超过@@90%,在@@100%的负载@@下能效@@超过@@94%。

80 PLUS® 计划能效@@等级认证@@

80 PLUS® 计划能效@@等级认证@@

资料来源@@:CLEAResult®

通常情况下@@,功率因数的校正是通过将输入@@主电源提升到高于主电源峰值的直流电平@@,然后使用@@脉冲宽度调制@@(PWM)等技术@@将其整流到输出水平@@,这也迫使线路的电流和@@电压达到一致@@。

虽然这样做很有效@@,但@@PFC级的固有损耗@@(升压@@DC-DC 2%,低压桥式整流器@@2%)使得整个@@AC-DC电源单元@@达到@@80+ Titanium所要求的@@96%(230VAC输入@@,50%负载@@)几乎不可能@@。

传统@@(左@@)和@@无桥图腾柱@@@@(右@@)升压@@ PFC 电路@@

传统@@(左@@)和@@无桥图腾柱@@@@(右@@)升压@@ PFC 电路@@

使用@@无桥设计@@(称为图腾柱@@@@PFC),输入@@电源桥式二极管被一个更高效的同步整流器取代@@,升压@@电感器的位置重新排列@@,以大大减少损耗@@。虽然这给出了理论上@@100%的能效@@@@,但@@非理想的电感和@@有源开关的导通和@@开关损耗使这在@@实践中实现不了@@。

图腾柱@@ PFC 架构@@

图腾柱@@ PFC 架构@@

连续导通模式@@@@ (CCM) 和@@非连续导通模式@@@@@@ (DCM) 等方法在@@高功率和@@低功率水平上都有局限性@@,因此@@临界导通模式@@@@ (CrM) 通常用于高达几百瓦@@的功率@@。在@@这里@@,随着负载@@电流或@@电源电压的波动@@,不同的开关频率迫使在@@@@ CCM 和@@ DCM 之间的边界上运行@@,从而提供@@低导通损耗@@,同时限制峰值电流以提供@@可接受的导通和@@内核损耗@@。

CrM的可变开关频率意味着在@@轻载时的频率更高@@,增加了开关损耗@@,降低了能效@@@@--这对于满足计算@@PSU标准@@规定的待机或@@空载能耗限制是个真正的问题@@。然而@@,这可通过钳位@@/“返走@@”开关频率来解决@@,从而强制在@@轻载下工作在@@@@DCM模式@@。

TPPFC架构@@允许实现最终的@@PFC能效@@,但@@设计可能是个挑战@@,需要控制四个有源开关器件@@@@,检测零电流以强制@@CrM,调节输出并提供@@过电流和@@过电压保护@@。以前使用@@需要软件编码的数字控制器来实现拓扑结构@@,这进一步增加了挑战@@,特别是对于不太熟悉或@@经验不足的电源设计人员@@。

为了解决这些挑战@@,安森美@@(onsemi) 提供@@NCP1680--业界首款混合信号@@CrM图腾柱@@控制器@@。该器件@@具有新颖的低损耗电流检测架构@@和@@成熟的控制算法@@,是一种高性价比@@、高性能和@@快速上市的解决方案@@。因此@@,在@@外部只需要一些简单的元器件@@就可以实现全功能的图腾柱@@@@@@PFC,从而节省了空间@@和@@元器件@@成本@@。此外@@,无需昂贵的霍尔效应传感器就能实现逐周期电流限制@@。

使用@@ NCP1680的图腾柱@@@@ PFC的典型应用图@@

使用@@ NCP1680的图腾柱@@@@ PFC的典型应用图@@

评估板@@在@@@@265 VAC、395 VDC下提供@@@@300瓦@@。快速支路开关采用@@GaN HEMT,交流电同步整流器采用@@Si-MOSFET,在@@整个电源电压范围内在@@低至@@20%的负载@@下表现出@@98%的能效@@@@。
NCP1680 评估板@@

NCP1680 评估板@@

图腾柱@@架构@@的采用在@@很大程度上受到采用碳化硅@@(SiC)和@@氮化镓@@(GaN)器件@@的推动@@,因为@@SiC和@@GaN在@@用于图腾柱@@的快速支路时具有优势@@(主要是低反向恢复电荷@@)。NCP1680可以适应任何开关类型@@,无论是基于硅的超级结硅@@MOSFET还是@@SiC或@@GaN器件@@。

文章来源@@:安森美@@