深入解析L4985：高性能CCM PFC控制器的卓越之选

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，我们将深入探讨一款备受瞩目的CCM PFC控制器——L4985，它以其丰富的特性和出色的性能，为各类电源应用提供了理想的解决方案。

文件下载：l4985.pdf

一、L4985特性概览

1. 先进的控制模式

L4985采用峰值电流模式CCM（连续导通模式）操作，结合专有的乘法器“仿真器”，能在所有工作条件下（CCM和DCM）实现极低的总谐波失真（THD），确保电源系统的高效稳定运行。

2. 高电压启动与保护

具备800V高电压启动功能，集成输入电压感应，同时还能对输入滤波电容进行主动放电。此外，它拥有完善的保护机制，包括反馈回路故障保护、过压保护（OVP）、过流保护（OCP）、电感饱和保护、欠压保护（brown - in、brownout）等，完全符合医疗开关电源标准。

3. 其他特性

• 电感电流检测功能，可实时监测电感电流。
• 具备禁用和低功耗功能，满足节能需求。
• 支持浪涌电流监测，保障系统安全启动。
• 软启动功能，实现平滑启动，减少冲击电流。
• 内部参考电压精度高达1.2%（@ (Tj = 25^{circ}C) ）。
• 提供65kHz（A版本）和130kHz（B版本）两种开关频率选择。
• 采用SO8封装，节省电路板空间。

二、应用领域广泛

L4985适用于多种PFC预调节器应用，包括：

• 符合IEC61000 - 3 - 2和JEIDA - MITI标准的功率超过1kW的开关电源。
• 桌面PC、服务器、网络服务器、游戏机等设备的电源。
• 高功率LED照明灯具的电源。
• 符合IEC 60601 - 1 - 2标准的工业和医疗开关电源。

三、引脚连接与功能详解

1. 引脚连接

L4985的引脚排列清晰，每个引脚都有其特定的功能。例如，VCC为电源引脚，GD为栅极驱动输出引脚，GND为接地引脚等。具体引脚连接可参考文档中的引脚连接图。

2. 引脚功能

引脚编号	引脚名称	功能描述
1	VCC	电源电压引脚，内部高压启动发生器在引脚电压低于启动阈值时为连接在该引脚和GND之间的电解电容充电，充电完成后芯片开启。需在引脚附近放置旁路电容以获取干净的偏置电压。
2	GD	栅极驱动输出引脚，输出级能够驱动功率MOSFET和IGBT，典型源电流为0.7A，典型灌电流为1.5A。
3	GND	芯片接地引脚，是芯片信号/偏置部分和栅极驱动电流的回流路径。所有偏置组件的接地连接应连接到通向该引脚的走线，并与任何脉冲电流回流分开。
4	CS	电流检测输入引脚，通过电阻Rs检测电感电流，将产生的负电压与内部正弦形参考进行比较以确定外部功率开关的关断时刻。该引脚还具备内部电流发生器，可通过添加串联电阻（RTHD_CCM）改善CCM操作中的THD。当引脚电压低于特定阈值时，可触发内部过流比较器，限制电感峰值电流。
5	FB	跨导误差放大器（OTA）的反相输入引脚，通过电阻分压器将PFC调节器输出电压信息反馈到该引脚。在稳态条件下，引脚电压等于误差放大器的内部参考电压（VREF = 2.5V）。当引脚电压超出或低于特定范围时，将触发相应的保护机制。
6	COMP	跨导误差放大器（OTA）的输出引脚，需在该引脚和GND之间放置补偿网络以确保控制环路的稳定性和高功率因数（PF）、低THD。当引脚电压低于特定阈值时，可停止开关活动或禁用设备。
7	N.C.	高压隔离引脚，内部未连接，用于隔离高压部分，便于满足PCB上的安全法规（爬电距离）要求。
8	HV	高压启动发生器输入/交流电压感应输入引脚，能够承受800V电压，通过一对二极管连接到输入桥的交流侧以感应交流输入电压。该引脚还可用于检测交流电压，并在设备与电源线断开时对EMI滤波器的X电容进行放电，满足安全法规要求。

四、电气特性分析

1. 绝对最大额定值

了解L4985的绝对最大额定值对于确保设备的安全运行至关重要。例如，VCC引脚的电源电压范围为 - 0.3V至30V，ICC引脚的最大电源电流为0至25mA等。在设计电路时，必须确保各引脚的电压和电流不超过这些额定值。

2. 推荐工作条件

根据推荐工作条件进行电路设计，可使L4985发挥最佳性能。如VCC引脚的推荐电源电压为 - 0.3V至24.5V，CS引脚的电流检测输入范围为 - 10V至3.3V等。

3. 热数据

热数据包括热阻、功率耗散、结温范围和存储温度范围等。例如，结到环境的热阻为150°C/W，在环境温度为50°C时的功率耗散为0.65W，结温工作范围为 - 40°C至150°C。在设计散热方案时，需要考虑这些热数据。

4. 电气特性参数

文档中详细列出了L4985的各项电气特性参数，如电源电压、电源电流、高压启动发生器、交流欠压保护、误差放大器等方面的参数。这些参数为电路设计和性能评估提供了重要依据。例如，启动电流在启动前（VCC = 14V）典型值为400µA，静态电流在不同条件下有不同的取值范围。

五、工作原理剖析

1. 控制模式

L4985采用传统的峰值电流模式控制，基于固定关断时间（FOT）控制技术，结合专有电路，可实现与更复杂、昂贵的平均电流模式控制相同的性能。功率开关的导通时间（TON）由输出电压控制环路通过比较电流检测信号VCS与内部电流参考VCS_REF来编程，以保持输出电压的稳定；而功率开关的关断时间（TOFF）由“OFF - TIME调制器”电路编程，以在所有工作条件下保持准固定的开关频率。

2. 电压生成与调制

跨导误差放大器将输出电压的一部分与内部参考电压进行比较，生成误差信号VC。该误差信号通过“Vin & multiplier estimator”电路，结合FW和ZCD信号，生成与输入电压和控制电压成比例的电压VG(θ)。在CCM和DCM操作中，分别通过“THD - DCM optimizer”和“THD - CCM optimizer”电路对电压进行调制，以实现正弦输入电流和低THD。

3. OFF - TIME调制器

OFF - TIME调制器基于导通时间信息对功率开关的关断时间进行调制，以保持逐周期恒定的开关频率。当功率开关导通时间结束后，内部开关SW5打开，恒流发生器IR开始对电容CR进行线性充电，当充电电压VRAMP达到VTH_RAMP电压时，触发器置位，外部功率开关导通。

六、特殊功能与保护机制

1. 高压启动

L4985内置高压启动电路，在设备初始启动阶段，当HV引脚电压高于启动阈值（典型值为29V）时，高压启动电路开启，为外部旁路电容充电，直至VCC引脚电压达到设备开启阈值（典型值为14V）。为保护高压启动电路，在VCC引脚电压低于特定阈值时，充电电流较小。

2. 输入线放电（X - cap放电功能）

为满足安全法规要求，减少功率损耗并实现超低待机功耗，设备内置内部逻辑电路，可检测设备与电源线的断开情况。当检测到断开时，高压启动发生器开启，对EMI滤波器的X电容进行放电，直至电压降至安全水平。

3. 软启动

为限制转换器启动时的浪涌电流，L4985实现了软启动功能。在启动过程中，将第一过流比较器（OCP1）的参考阈值从0逐渐增加到典型值 - 0.49V，时间为典型值130ms。

4. 无负载和空闲操作

在轻载或无负载情况下，当VCOMP < VCOMP_S（典型值为1V）时，设备停止开关活动，降低功耗；当VCOMP > VCOMP_R（典型值为1.05V）时，设备重新启动开关活动。此外，FB引脚可用于实现外部突发模式（EBM），当FB引脚电压低于特定阈值时，开关活动停止，IC功耗降低；当电压超过阈值时，设备重新启动开关。

5. 禁用操作

通过将COMP引脚电压强制低于内部阈值VCOMP_DIS（典型值为0.7V），设备停止操作并进入低功耗模式。释放外部下拉后，当COMP引脚电压达到使能阈值VCOMP_EN（典型值为0.9V）时，设备重新启动操作并实现软启动。

6. 保护功能

• AC brown - in（BI功能）：在启动时，当VCC引脚电压达到开启阈值后，设备监测交流输入电压，若高于brown - in阈值，则开始操作。在brown - out/brown - in循环中，检测到brown - in时，内部高压启动电路开启。
• AC brownout（BO功能）：在正常操作中，若交流线电压低于brownout阈值（典型值约为71Vac）且持续时间至少为630ms，则停止开关活动。
• 输出过电压（OVP功能）：当输出电压超过编程值的7%时，设备停止开关活动，直至电压恢复正常。通过监测FB引脚电压来检测过电压情况，并设置去抖时间避免保护误激活。
• 过流（OCP1功能）：在功率开关导通期间，若CS引脚电压低于VCS_OCP1（典型值为 - 0.49V），则触发内部过流比较器，提前终止功率开关的导通周期，限制电感峰值电流。
• 电感饱和检测（OCP2功能）：当CS引脚电压低于VCS_OCP2（典型值为 - 0.75V）时，检测到异常电流值，激活安全程序，停止转换器活动，直至电流降至零电流阈值。
• 反馈故障检测：在启动时，检查FB和CS引脚电压，若FB引脚电压低于内部阈值，则认为输出分压电阻故障；若CS引脚电压高于内部阈值，则认为电流检测电阻故障，此时设备停止开关活动并降低功耗。

七、封装与订购信息

1. 封装信息

L4985采用SO - 8封装，文档中提供了详细的封装尺寸和机械数据。ST还提供不同等级的ECOPACK封装，以满足环保要求。

2. 订购信息

提供了不同版本的订购代码，如L4985A、L4985B、L4985ATR、L4985BTR等，以及对应的封装和包装形式（如管装和卷带包装）。

八、总结与展望

L4985作为一款高性能的CCM PFC控制器，凭借其先进的控制技术、丰富的功能特性和完善的保护机制，为各类电源应用提供了可靠的解决方案。在实际设计中，电子工程师需要根据具体应用需求，合理选择工作参数和外部组件，充分发挥L4985的优势。同时，随着电源技术的不断发展，我们也期待L4985在未来能够进一步优化和升级，为电源系统的高效、稳定运行做出更大贡献。

各位电子工程师们，你们在使用类似PFC控制器时遇到过哪些问题？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你们的经验和见解。