深入解析 FAN9611 交错式双 BCM PFC 控制器

在电子工程领域，功率因数校正（PFC）技术对于提高电源效率和减少谐波失真至关重要。FAN9611 作为一款交错式双临界导通模式（BCM）PFC 控制器，为电源设计带来了诸多优势。今天，我们就来深入探讨一下这款控制器的特点、工作原理以及应用。

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一、FAN9611 概述

FAN9611 可控制两个并联的、180°异相的升压传动系统，将控制技术的最大实际功率电平从大约 300W 扩展至 800W 以上。与连续导通模式（CCM）技术不同，BCM 为升压二极管提供了固有的零电流开关，能使用较低廉的二极管且不降低效率，同时输入和输出滤波器体积更小，因为纹波电流消除和开关频率有效增倍。

二、特性亮点

1. Sync - Lock 交错式技术：可在任何工作条件下实现 180°异相同步，确保两个并联转换器稳定工作，显著减少电源输入端与输出端的纹波电流。
2. 轻负载时的相位自动禁用：当输出功率降至最大功率限值的 13%左右以下时，自动禁用两个交错式升压转换器之一，提高轻载效率；输出功率超过 18%左右时，恢复正常交错式工作状态。
3. 死区相位检测保护：重启定时器确保在一个相位不工作时，另一个相位锁定到重启定时器操作，防止其尝试对负载提供全功率，保障系统安全。
4. 高电流栅极驱动器：灌电流为 2.0A、源电流为 1.0A，能有效驱动功率 MOSFET。
5. 高功率因数、低总谐波失真：采用带 ((V_{IN})^{2}) 前馈功能的电压模式控制，使输入电流能精确跟随输入电压波形，实现高功率因数和低谐波失真。
6. 闭环软启动：设有用户可编程软启动时间，可减少过冲，误差放大器的参考电压缓慢上升至最终值，确保输出电压跟随参考电压，消除输出电压过冲。
7. 最低重启频率：可避免音频噪声，重启定时器设为 16.5kHz 左右，高于声频范围。
8. 最大开关频率箝位：设为约 525kHz，在轻载条件下限制开关频率可提高效率，但会对功率因数产生一定负面影响。
9. 多种保护功能：提供 10V/7.5V 偏置 UVLO、输入欠压、过流、开路反馈、输出过压以及冗余门锁过压保护等，保障系统稳定运行。

三、工作原理

临界导通模式

升压转换器可在 CCM 和 BCM 下工作，FAN9611 采用 BCM 控制算法。在 BCM 模式下，电感电流在每个开关周期从零开始，峰值电感电流与输入电压成正比，输入电流能高精度跟随输入电压波形，是功率因数校正的理想方案。但 BCM 升压转换器存在开关频率变化和高纹波电流的问题，限制了实际输出功率。

交错式

FAN9611 控制两个并联的升压转换器，以 180 度异相方式工作，可维持电流和热应力在控制范围内，增加功率处理能力，减少纹波电流，降低输入 EMI 滤波器要求和电源输出电容的高频 RMS 电流。

电压调节与控制

电源输出电压由负反馈环路和脉宽调制器调节。误差放大器将反馈信号与参考电压比较，采用高 DC 增益补偿以精确调节电压，但带宽极低以抑制线路频率纹波。脉宽调制器进行电压模式控制，将斜坡信号与误差放大器输出比较，确定功率晶体管导通时间。

输入电压前馈

为克服 PFC 应用中电压模式 PWM 电路的缺陷，采用输入电压前馈，使 PWM 斜坡与输入电压的平方成正比，可抑制输入电压变化对输出电压的影响，简化补偿电压调节环路，且误差放大器输出与转换器输入功率成正比。

开启与终止 PWM 周期

BCM 控制器使用零电流检测器感测电感电流，在电感电流为零时接通功率开关。启动条件下或零电流检测丢失时，重启定时器启动控制器。终止导通间隔时，当斜坡波形超过误差放大器控制电压，PWM 比较器关断功率晶体管，限流电路和定时器电路也可终止栅极驱动脉冲。

功率限制

当 PWM 斜坡斜率与输入 RMS 电压的平方成正比时，升压功率开关的最大导通时间与 (V_{IN.RM}) 的平方成反比，通过控制栅极驱动信号的最大脉冲宽度可实现输入电压独立功率限制。

轻载工作

轻载时，转换器工作频率升高，开关损耗为主。FAN9611 通过自动禁用一个升压转换器，提高轻载效率。

带软恢复功能的欠压保护

监控输入电压，电压低于阈值时转换器停止工作，输出电压下降。通过反馈网络拉低软启动电容，实现软恢复，输入电压上升后转换器恢复正常工作。

软启动转换器

FAN9611 采用闭环软启动方案，误差放大器参考电压缓慢上升，确保输出电压跟随参考电压，消除输出电压过冲。

四、功能说明

检测零电感电流（ZCD1、ZCD2）

每个 ZCD 引脚内部箝位至 0V 附近，电容不影响 ZCD 触发，内部感测电路为真实微分器，可捕获漏极波形谷底。ZCD 引脚源电流与灌电流能力分别约为 1mA 和 10mA，Rzcp 电阻值可通过公式估算。

5V 偏置电轨（5VB）

为控制电路供电，建议电容值为 220nF，靠近引脚放置 100nF 优质高频陶瓷电容。5V 电轨是开关电轨，欠压锁定时保持低电平，VDD 引脚电压超过 UVLO 导通阈值时导通。

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，是 RMS 输入电压的函数，功率 MOSFET 的最大导通时间可通过公式估算。

模拟地（AGND）和电源地（PGND）

AGND 是控制逻辑的 GND，与 PGND 通过两个反平行二极管内部相连，建议采用 PCB 上较短且阻抗较小的走线连接。PGND 是高电流栅极驱动电路的参考电位，VDD 引脚与 PGND 引脚之间应连接两个旁路电容。

软启动（SS）

通过 SS 引脚与 AGND 引脚之间的电容设置，启动时电容快速预充电，随后由 5uA 电流源缓慢充电，使误差放大器参考电压斜升。SS 引脚被箝位至高于 FB 引脚上电压 0.2V，欠压条件下可对软启动电容放电。

误差放大器补偿（COMP）

COMP 引脚是误差放大器的输出端，电压环路通过 Rs 和 Cs 组合补偿，控制范围为 0.195V 至 4.3V。相位管理电路监控误差放大器输出，根据 COMP 电压切换单相或双相操作。

输出电压反馈（FB）

反馈引脚接收分压后的转换器输出电压，调节状态下应为 3V。非闩锁过压检测电路监控 FB 引脚，防止过压；开路反馈检测电路监控该引脚电压，确保正常工作。

次级输出电压感测（OVP）

可通过 OVP 引脚实现次级门锁过压保护，阈值设为 3.5V。有三种设置方法，可根据需求选择。

输入电压感测（VIN）

在 VIN 引脚处感测输入 AC 电压，用于输入欠压锁定和输入电压前馈。内部电路采用输入 AC 波形的峰值检测功能，AC 输入峰值有效范围约为 0.925V 至 3.7V。

栅极驱动输出（DRV1、DRV2）

高电流驱动器输出具有最小 2A 的灌电流能力以及 1A 的源电流能力，需采用外部栅极电阻限制源电流，可通过小型二极管旁路栅极电阻实现更快的功率 MOSFET 关断特性。

偏置电源（VDD）

工作电压范围为 8V 至 18V，由欠压锁定（UVLO）电路监控，上电时 VDD 电压必须超过 10.0V 器件才能工作，降至 7.5V 以下时停止工作。

电流感测保护（CS1、CS2）

针对每个功率 MOSFET 采用独立的过流保护，CS1 和 CS2 引脚上的电流感测阈值约为 0.2V，IC 中集成了前沿电流尖峰过滤 R - C 滤波器。

五、应用信息

同步与时序功能

采用复杂的同步子系统，双通道开关频率检测器测量每个通道的开关周期，使两个通道保持 180 度异相工作，通过插入导通延迟控制相位关系，确保稳定运行。

重启定时器和死相位检测保护

重启定时器确保重启时存在 180 度异相，避免一个相位不工作时另一个相位尝试提供全功率，频率设为 16.5kHz 左右，避免音频噪声。

频率箝位

集成于同步中，确保工作频率受限时具有 180 度异相工作，轻载条件下限制开关频率可提高效率，但会影响功率因数，频率箝位设为约 525kHz。

随负载调节输出电压

可利用外部电路通过监控 COMP 引脚上的电压，调低 SS 引脚上的电压，获得所需的低输出电压，提升电源轻载效率。

利用输入电压调节输出电压

升压跟随器方案可根据输入电压调节 PFC 升压转换器的输出电压，提高下游 DC - DC 转换器的效率，改善总电源效率。

调节相位管理阈值

初始相位管理阈值固定为最大负载功率水平的 13%和 18%，可通过调节最大导通时间上调阈值，以满足不同应用需求。

禁用 FAN9611

有四种方式可禁用 FAN9611，分别是将 SS 引脚、FB 引脚、COMP 引脚拉至 GND 和将 VIN 引脚拉至 GND，不同方式的关断和恢复过程有所不同。

布线与连接指南

对于高功率应用，建议采用两层或以上的 PCB，将开关噪声干扰降至最低。要使高电流输出和电源接地路径与模拟输入信号和信号接地路径分离，引脚连线越短越直接越好，同时注意电源地和模拟地的连接、栅极驱动布线、电流感测布线和输入电压感测布线等方面。

六、快速设置指南

根据电源规格和预先计算的功率级元件参数，可按照步骤配置 FAN9611，包括输入电压范围设置、估算转换效率、计算每通道最大输出功率、输出电容、升压电感、最大导通时间、峰值电感电流、最大 DC 输出电流等，还需确定零电流检测电阻、最大导通时间设置电阻、输出电压设置电阻、软启动电容、补偿元件、过压保护设置、输入线路电压感测电阻、栅极电阻和电流感测电阻等元件参数。

七、评估板与相关产品

FEB388 是用于评估交错式双通道临界导通模式 PFC 转换器的评估板，额定功率为 400W，借助相位管理，即使在低至 10%的额定输出功率条件下，效率依然可保持在 96%以上，满载条件下效率高于 96%。此外，还介绍了相关的 PFC 控制器件，如 FAN6961、FAN7527B 等。

总之，FAN9611 交错式双 BCM PFC 控制器凭借其丰富的特性和灵活的应用，为电源设计提供了高效、可靠的解决方案。电子工程师在设计电源时，可根据具体需求充分发挥 FAN9611 的优势，优化电源性能。大家在使用 FAN9611 过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。