深入解析FAN9611：交错式双BCM PFC控制器的卓越性能与应用

在电源设计领域，功率因数校正（PFC）技术对于提高电源效率、减少谐波失真至关重要。今天，我们将深入探讨安森美（onsemi）的FAN9611交错式双边界传导模式（BCM）PFC控制器，了解其特点、工作原理以及应用场景。

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一、FAN9611简介

FAN9611是一款能够控制两个并联连接的升压功率级，且使它们以180°异相运行的PFC控制器。交错技术将控制技术的最大实际功率水平从约300W扩展到超过800W。与常用于高功率水平的连续传导模式（CCM）技术不同，BCM提供了升压二极管的固有零电流开关，允许使用较便宜的二极管而不牺牲效率。此外，由于纹波电流抵消和开关频率的有效加倍，输入和输出滤波器可以更小。

二、关键特性

1. 同步锁定交错技术

Sync - Lock交错技术确保在所有条件下实现180°异相同步，在轻载时自动禁用相位，并具备死相检测保护功能。

2. 高电流栅极驱动器

具有2.0A灌电流和1.0A拉电流的高电流栅极驱动器，能够提供强大的驱动能力。

3. 高功率因数和低总谐波失真

采用电压模式控制并结合((V_{IN})^{2})前馈，可实现高功率因数和低总谐波失真。

4. 闭环软启动

用户可编程的软启动时间可减少过冲，同时具备最小重启频率以避免可听噪声，还有最大开关频率钳位功能。

5. 多重保护功能

提供偏置欠压锁定（UVLO）、输入欠压、过流、开环反馈、输出过压以及冗余锁存过压保护等功能。

三、工作原理

1. 边界传导模式（BCM）

BCM是FAN9611采用的控制算法，其核心是每个开关周期电感电流从零开始。当升压转换器的功率晶体管导通一段固定时间时，电感峰值电流与输入电压成正比。由于电流波形为三角形，每个开关周期的平均值也与输入电压成正比，使得转换器的输入电流能高精度地跟随输入电压波形，从而实现接近单位功率因数。

2. 交错操作

FAN9611控制两个并联的升压转换器，它们以180°异相运行。这种交错操作可显著降低电源输入和输出端的纹波电流，有利于减少输入EMI滤波器的要求，并降低电源输出电容器的高频RMS电流。

3. 电压调节和电压模式控制

电源的输出电压通过负反馈回路和脉冲宽度调制器（PWM）进行调节。PWM采用电压模式控制，将人工斜坡与误差放大器的输出进行比较，以确定转换器功率晶体管的导通时间，从而实现输出电压的调节。

4. 输入电压前馈

为克服电压模式控制在PFC应用中的不足，FAN9611采用输入电压前馈技术。当PWM斜坡与输入电压的平方成正比时，可消除输入电压变化对输出电压的影响，同时使闭环电源的小信号增益与输入电压无关，便于电压调节回路的补偿。

四、功能描述

1. 零电感电流检测（ZCD）

每个ZCD引脚内部钳位接近0V，内部感测电路为真正的微分器，可捕捉漏极波形的谷值。通过辅助绕组与ZCD引脚之间的电阻进行电流限制，确保零电流检测的准确性。

2. 5V偏置轨（5VB）

5VB是内部5V偏置轨的旁路电容引脚，推荐电容值为220nF。当FAN9611处于欠压锁定状态时，5V轨被拉低；当VDD引脚超过UVLO开启阈值时，5V轨开启，可用于控制浪涌电流限制电路。

3. 最大导通时间控制（MOT）

最大导通时间由连接到模拟地（AGND）的电阻设置，其值是RMS输入电压的函数。通过调整该电阻值，可以控制功率MOSFET的最大导通时间。

4. 软启动（SS）

软启动通过在SS引脚和AGND之间连接电容进行编程。启动时，软启动电容快速预充电至比反馈引脚（FB）电压低约0.5V，然后由5μA电流源缓慢充电，以确保电压调节回路在启动过程中保持闭合，避免输出电压过冲。

5. 误差放大器补偿（COMP）

COMP引脚是误差放大器的输出，通过(R{S})和(C{S})与AGND的组合对电压回路进行补偿。误差放大器的输出与转换器的输入功率成正比，且与输入电压无关。控制器的相位管理电路根据COMP引脚的电压切换单相位或双相位操作。

6. 输出电压反馈（FB）

FB引脚接收转换器输出电压的分压，在调节过程中，FB引脚电压应为3V。非锁存过压检测电路监测FB引脚，当FB电压超过3.25V时，防止升压MOSFET导通；当FB电压恢复到3V时，操作自动恢复。

7. 二次输出电压感测（OVP）

可通过OVP引脚实现二级锁存过压保护，阈值设置为3.5V。有多种编程方式可供选择，以满足不同的应用需求。

8. 输入电压感测（VIN）

VIN引脚用于感测输入交流电压，用于输入欠压锁定（欠压保护）和PWM控制电路中的输入电压前馈。内部电路采用峰值检测技术，可快速响应输入电压的变化。

9. 栅极驱动输出（DRV1、DRV2）

DRV1和DRV2为高电流驱动输出，能够提供至少2A的灌电流和1A的拉电流。外部栅极电阻可限制1A的拉电流，同时可通过小二极管旁路栅极电阻，以实现功率MOSFET的快速关断。

10. 偏置电源（(V_{DD})）

(V{DD})是FAN9611的主要偏置源，工作电压范围为8V至18V。欠压锁定（UVLO）电路监测(V{DD})电压，当(V{DD})电压超过10.0V（±0.5V）时，设备启动；当(V{DD})电压低于7.5V（±0.5V）时，设备停止工作。

11. 电流感测保护（CS1、CS2）

FAN9611为每个功率MOSFET提供独立的过流保护，CS1和CS2引脚的电流感测阈值约为0.2V。内部集成了R - C滤波器，可有效滤除前沿电流尖峰。

五、应用信息

1. 同步和定时功能

FAN9611采用复杂的同步子系统，通过双通道开关频率检测器测量每个通道的开关周期，并将它们的工作相位锁定为180°异相。通过插入导通延迟来控制相位关系，确保在所有操作条件下稳定运行。

2. 重启定时器和死相检测保护

重启定时器是Sync - Lock同步电路的一部分，确保在重启定时器操作中实现精确的180°异相操作。死相检测保护可防止在某一相出现故障时，另一相试图向负载提供全功率。

3. 频率钳位

频率钳位集成到同步系统中，当工作频率受到限制时，确保精确的180°异相操作。在轻载时限制开关频率可提高效率，但会对功率因数产生一定影响。

4. 输出电压调整

可根据负载或输入电压调整PFC升压转换器的输出电压，以提高电源的轻载效率。通过监测COMP引脚的电压来确定电源的工作功率，并调整SS引脚的电压来实现输出电压的调整。

5. 相位管理阈值调整

初始相位管理阈值固定在最大负载功率水平的约13%和18%，可根据应用需求通过调整最大导通时间（使用(R_{MOT})）来向上调整阈值，以满足特定的效率要求。

6. 禁用FAN9611

有四种方法可禁用FAN9611，分别是将SS引脚拉至GND、将FB引脚拉至GND、将COMP引脚拉至GND以及将VIN引脚拉至GND。不同方法的响应时间和恢复过程有所不同，需要根据具体应用进行选择。

7. 布局和连接指南

为减少开关噪声干扰，高功率应用建议使用两层或更多PCB层。布局时应将高电流输出和功率地路径与模拟输入信号和信号地路径分开，确保各引脚连接尽可能短而直接。

六、快速设置指南

FAN9611的配置需要根据电源规格和预计算的功率级参数进行。具体步骤包括确定输入电压范围、估计转换效率、计算最大输出功率、输出电容、升压电感、最大导通时间等参数，并根据这些参数选择合适的组件值。

七、典型性能特性

文档提供了FAN9611在不同温度和工作条件下的典型性能特性，包括启动电流、工作电流、UVLO阈值、最大导通时间、误差放大器跨导、软启动电流、相位控制阈值等。这些特性有助于工程师在设计过程中评估和优化电路性能。

八、评估板

FEB388是一款400W的评估板，采用FAN9611设计。通过相位管理，即使在额定输出功率的10%时，效率仍可保持在96%以上。评估板的效率数据表明，相位管理可显著提高电源在不同负载下的效率。

九、相关产品和资源

文档还介绍了安森美其他相关的PFC控制器产品，如FAN6961、FAN7527B等。同时提供了相关的应用笔记和评估板用户指南，为工程师提供了更多的设计参考和技术支持。

FAN9611交错式双BCM PFC控制器以其卓越的性能和丰富的功能，为电源设计工程师提供了一个强大的解决方案。通过深入了解其工作原理和应用方法，工程师可以更好地设计出高效、可靠的电源系统。你在使用FAN9611或其他PFC控制器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。