高效能PFC控制器NCP1623：设计与应用详解

在电源管理领域，功率因数校正（PFC）技术对于提高电源效率、降低谐波失真至关重要。今天，我们将深入探讨安森美（onsemi）的一款增强型、高效能PFC控制器——NCP1623。这款控制器在优化PFC级效率、提供全面保护功能方面表现出色，适用于多种应用场景。

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产品概述

NCP1623是一款极为紧凑的PFC控制器，旨在优化整个负载范围内PFC级的效率，并集成了多种保护功能，确保系统的可靠运行。它具有低启动电流、宽Vcc范围、输出级图腾柱设计等特点，适用于对成本效益、可靠性、高功率因数和效率有较高要求的系统，如USB - PD、平板电视、工业电源等。
 

典型应用电路

封装外形 (TSOP-6)

封装外形 (SOIC-8)

 

关键特性

低启动电流与宽Vcc范围

A和C版本的Vcc(ON)典型值为10.5 V，适用于由外部电源供电的应用，其最大启动电平（11.25 V）方便从传统12 - V导轨为电路供电。启动后，高达30 V的Vcc最大额定值允许宽范围的Vcc操作，简化了电路供电设计。

输出级图腾柱

NCP1623集成了 - 0.5 A / +0.8 A的栅极驱动器，能够高效驱动70至300 W电源中常用的大多数功率FET。内部钳位将DRV引脚电压限制在最大14 V，以兼容行业MOSFET的典型栅源最大额定值。

谷同步频率折返（VSFF）

该技术使PFC级在临界导通模式（CrM）下运行，直到功率降至阈值以下，然后进入不连续导通模式（DCM），并随着负载进一步下降延长死区时间。通过延迟MOSFET导通至漏源电压谷底，实现稳定的谷值导通，提高效率。同时，最小频率钳位防止系统工作在可听频率范围内，并且通过导通时间调制确保在CrM和DCM操作中实现接近单位功率因数。

紧凑设计与多功能引脚

采用CS/ZCD多功能引脚，基于新颖技术实现增强控制和多种保护功能，封装尺寸小（TSOP6或SOIC8），外部组件少。NCP1623A在低线条件下强制降低输出调节水平，提高PFC级效率并减小尺寸。

反馈瞬态控制

• 软启动：启动时，IVCTRL(START)为外部补偿电容提供适当电流，实现软启动。当FB电压接近VREF时，OTA的源电流降至0 A，PFCOK信号置高，IVCTRL(START)关闭。
• 动态响应增强器（DRE）：当负载电流突然增加导致输出电压下冲时，DRE被激活。内部比较器监测FB引脚，当电压低于95.5% VREF时，提供200 μA的IVCTRL(DRE)，加速补偿网络充电，使环路增益增加10倍。
• 软/快速过压保护（SOVP, FOVP）：输出过冲时，首先比较FB电压和软OVP阈值VFB(SOVP)触发软OVP，逐渐减小导通时间以平稳降低功率。如果FB电压高于快速OVP阈值VFB(FOVP)，则立即禁用开关。在低线条件下，A版本启用跟随升压时，软和快速OVP阈值会提高。
• 欠压保护（UVP）：如果FB引脚电压接近0 V（如低交流线路或反馈网络故障），则关闭FET开关。FB引脚的灌电流IFB(UVP)最小化至小于450 nA，允许使用高阻抗反馈电阻网络。

过流和过应力保护（OCP, OVS）

监测FET电流，当超过OCP限制时关闭FET。当电流因电感饱和或旁路二极管短路达到OVS阈值时，暂停FET开关800 μs。

欠压保护（BO）

（A和C版本禁用）检测交流线路电压过低情况，停止操作，保护PFC级免受过度应力。

二次过压保护（OVP2）

（C版本专用）使用CS/ZCD多功能引脚检测过高输出电压，防止反馈网络故障时输出电压失控。

热关断（TSD）

内部热电路在结温超过150°C时禁用栅极驱动，温度降至约100°C（50°C迟滞）时恢复操作。

禁用功能（SOIC8封装专用）

DIS引脚可禁用NCP1623的大部分内部模块，最小化VCC电源电流。

应用信息

频率控制

谷同步频率折返（VSFF）

PFC级在功率高于阈值时工作在CrM，低于阈值时进入DCM，死区时间随功率降低而延长。通过调节VCTRL引脚电压选择操作模式和调整死区时间，MOSFET导通延迟至漏源电压谷底，提高效率。同时，导通时间调制补偿DCM中的死区时间，确保单位功率因数，最小频率钳位防止可听频率。

最小开关频率

DCM死区时间是VCTRL(FF - EN) - VCTRL的增函数，频率折返功能降低轻载开关频率以优化效率。内部最小频率逻辑将开关频率限制在可听频率以上，典型值在31 kHz（立即检测到谷底）至28 kHz（未检测到谷底）之间。

导通时间调制

在CrM和DCM中，通过调制导通时间，使输入电流与输入电压成正比，确保功率因数无下降，功率传输无间断。

反馈调节

OTA和VCTRL功能

提供跨导误差放大器（OTA），FB参考电压为2.5 V，典型跨导增益为200 μS，最大输出电流约为±20 μA。VCTRL引脚用于外部环路补偿，控制导通时间、VSFF中的死区时间、跳过模式和STATICOVP。

跟随升压（A版本专用）

在低线条件下，通过反馈引脚提供电流IFB(LL)，降低输出电压，优化PFC级效率，减小尺寸和成本。

反馈瞬态控制

通过软启动、DRE、SOVP、FOVP和UVP等功能，应对输出电压的瞬态变化，确保输出电压稳定。

电流检测和零电流检测

过流保护（OCP和OVS）

当VCS/ZCD达到过流阈值（500 mV VCS(OCP)）或过应力水平（750 mV VCS(OVS)）时，关闭FET。

零电流检测（ZCD）

在漏源电压谷底导通DRV，最小化开关损耗和噪声。未检测到ZCD信号时，内部看门狗定时器启动下一个驱动脉冲。

线路感应

通过低通滤波的CS/ZCD电压检测输入电压，快速响应线路瞬态变化。

欠压保护

检测交流线路电压过低情况，通过逐渐降低VCTRL电压，避免立即禁用驱动。

二次过压保护（OVP2）

检测过高输出电压，防止反馈网络故障时输出电压失控。

热关断

结温超过150°C时，禁用电路栅极驱动，温度下降后恢复操作。

关断模式

当检测到UVLO、TSD、UVP、STATICOVP等故障时，进入关断模式，VCTRL接地，PFCOK信号置低，大部分电路休眠。

禁用功能

DIS引脚电压超过DIS睡眠模式进入电压时，禁用NCP1623操作，降低VCC电流消耗。

输出驱动

DRV引脚的输出级采用图腾柱设计，优化交叉导通电流，适用于高频操作，能够有效驱动高栅极电荷功率FET。

故障检测

集成多种故障检测功能，如FB引脚开路保护、GND引脚开路保护、CZ/ZCD引脚短路保护、旁路二极管短路保护等，确保系统安全可靠运行。

订购信息与版本选项

NCP1623提供TSOP - 6和SOIC - 8两种封装，有A和C两个版本可供选择，不同版本在跟随升压、最大导通时间、OVP2保护等方面存在差异，工程师可根据具体应用需求进行选择。

总结

NCP1623是一款功能强大、性能优越的PFC控制器，通过多种先进技术和保护功能，实现了高效能、高功率因数和可靠运行。在设计电源系统时，电子工程师可以根据实际需求，充分利用NCP1623的特性，优化PFC级设计，提高系统的整体性能。

在实际应用中，你是否遇到过类似PFC控制器的选型和设计难题？你对NCP1623的哪些特性最感兴趣？欢迎在评论区分享你的经验和想法。