的电流频率反走（CCFF）
时间：2013-04-10 阅读：3163
关键字：LED驱动 电流频率反走 模拟PFC 数字PFC
简介：能效PFC
诸如欧盟耗能产品（ErP）指令等严格生态设计法规要求电视、膝上型及台式电脑、荧光灯镇流器和LED照明驱动器等日常使用的产品提供能效。为了在产品通过必要的批准，如在欧盟销售的商品须获得强制的CE标志，新设计必须包括待机、部分负载或满载条件的宽负载范围能效目标。
此外，设计人员也面临以有竞争力的价格提供之市场需求的压力。功率因数校正（PFC）（功率于70 W之应用强制要求PFC）的集成电路（IC）集成越来越多的功能，通过减少电源元件数量及降低对电容等大体积、规格过的器件的依赖，可以帮助此要求。
有源PFC补偿由电源导致、会增加电气网络内热量及干扰的线路电流谐波失真。由于对能效的顾虑已经延伸，不涵盖待机及降低功率模式，还包括满额功率模式，传统PFC工作的缺点就变得越来越受注目。采用临界导电模式（CrM）工作的传统PFC器的能效在电源轻载工作时往往会降低，如电器在待机模式下就是如此。
转向数字PFC，还是不转？
某些芯片制造商已将数字PFC作为克服此局限的出路。通过将感测模拟电压转换至数字域，然后应用信号处理算法，数字器就不受线特的，在负载条件下都可以合成优的输出波形。不同模式下的能效取决于芯片制造商开发的算法品质。市场上近期推出的数字PFC器还集成了通过I2C等连接实现的诊断及用户可编程等功能。
然而，有关模拟PFC将被数字PFC替代的传言在过去已经被证明是夸大其辞。在这种情况下，要想削弱传统模拟PFC器的些关键优势可能还为时尚早。虽然制造商们声称数字PFC器相比模拟PFC器具有成本优势，特别是在系统考虑成本时，但市场上的模拟PFC器的价格比数字PFC器低。某些数字PFC器自推出*代产品以来，价格实际上已经上涨。此外，模拟PFC器中集成的保护电路及输入欠压等特能够提供使用少外部元件的具价格竞争力的设计。
世代的模拟PFC器通过采用电流频率反走（CCFF）等，能够提供的能效。安森美半导体的NCP1611和NCP1612 PFC器中应用了这种新的工作模式。CCFF使器在宽负载内维持能效，包括轻载和待机工作条件，以及较负载条件。这些器还应用了增强型特，改善故障处理及瞬态响应，并支持不同偏置场景，为设计人员提供额外的灵活。
提升负载条件下的能效
在CCFF架构下，电路在大电流条件下采用临界导电模式（CrM）工作。在重负载条件下临近过零点时会出现低电流电平，而轻载条件下完整正弦方波皆为低电流电平；而在低电流电平时，器进入频率受控不连续工作模式。定时器会插入死区时间，延迟启动，直到从表征输入电流的感测电压上升至内部产生的精密2.5 V“斜坡阈值”之斜坡所需时间用完。因此，较低输入电流的死区时间长。图1通过不同负载条件下升压MOSFET的电压波形显示了CCFF的工作原理。
定时器死区时间而非开关周期/关闭时间。当电流为零时，反走频率被为zui低的20 kHz。器通过这种方式能够将额定负载及轻载条件下的能效均提升至zui。特别是待机损耗被降至zui低。通过延迟MOSFET导通的时间点直至漏-源电压到达其谷底，进步降低了损耗。谷底开关还将产生的电磁干扰（EMI）减至zui少。另项优势是系统不会在谷底之间停滞。由于死区时间不受电流周期时长变化的影响，谷底导通的发生不带有迟滞。
可以将CCFF工作模式与负载下降时开关频率上升的传统CrM作比较。轻负载时，传统CrM器可能进入突发（burst）模式，产生可听噪声。相比较而言，CCFF器的较低频率被钳位至于可听频率范围，因而防止产生可听噪声。
与频率临界导电模式（FCCrM）器类似，CCFF器的内部电路能够提供接近1的功率因数，即便是在开关频率降低的情况下。此外，跳周期模式使PFC能够跳过电流低时线路过零点附近的周期，提供优化的能效。这就避免了电源转换能效特别低时的电路工作。应当注意的是，这种模式会产生些电流波形失真。因此，跳周期模式不应当用于要求功率因数的应用。图2比较了CCFF器在跳周期模式及非跳周期模式与传统CrM的能效。
增强器功能
集成线路/负载瞬态补偿进步增强了PFC能，避免由负载或输入电压突然变化（如启动时）导致的过多过冲或欠冲。这问题在传统PFC段中比较常见，原因就在于通常较低的环路带宽。相比较而言，NCP1611在输出电压下降至低于其稳压电平的95.5%时大幅加快稳压环路。这功能在PFC段已经启动以配合出现软启动工作后才启用。如果输出电压过期望电平的105%，软过压保护（Soft OVP）将提供的功率线降低至零。如果输出持续上升，当输出电压到达期望电平的107%时，此电路立即中断功率提供。
此外，此器提供两个版本，使设计人员能够根据工作电压范围优化启动电流。其中，NCP1611B的供电电压范围达17 V，适合于自偏置应用。它的低启动电流特支持使用阻抗启动电阻，无需大VCC电容，帮助缩短启动时间。NCP1611Azui大启动电压电平为11.5 V，能采用12 V电源轨供电。它提供软启动功能，适合于电路由辅助电源等外部电源或下行转换器供电的应用。
NCP1611还片上提供多种重要的保护功能，可以省去分立保护电路。集成的保护功能包括双电平限流，在旁路或升压二管短路的情况下，能够关闭电源开关或进入减小占空比的模式。这器件还应用了欠压保护、输入欠压及过热关闭。
输出段包含经过优化的图腾柱（totem pole）电路，用于将频工作期间的跨导（cross-conduction）电流减至zui小。输出电路的驱动能力使器能够直接连接至拥有大门电荷（Qg）值的功率MOSFET。图3显示了采用NCP1611的升压PFC电路的基本电路图。
结论
转向数字PFC是优化宽负载范围条件下PFC能效的种方式。另方面，利用已获证明之模拟优势的型PFC器，能为设计人员提供简单、价比可能的方案。这是设计PFC方案时的另个的巧妙而其辛苦工作的业界示例。您不需要转向数字PFC来提升能效，您只是需要巧妙。