FAN9611交错式双BCM PFC控制器：设计与应用全解析

在电子工程师的日常设计工作中，功率因数校正（PFC）控制器是AC - DC电源设计里的关键组件。今天，我们就来深入探讨安森美（onsemi）的FAN9611交错式双临界导通模式（BCM）PFC控制器，看看它有哪些独特之处以及如何在实际设计中应用。

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一、FAN9611基本概述

1.1 核心功能

FAN9611能够控制两个并联且180°异相的升压传动系统。交错式功能将控制技术的最大实际功率电平从约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，可使用较低廉的二极管且不降低效率，同时还减小了输入和输出滤波器的体积。

1.2 工作特性

该转换器变频工作，频率是负载和瞬时输入/输出电压的函数，开关频率限制在16.5kHz和525kHz之间。脉宽调制解调器（PWM）通过输入电压前馈实现电压模式控制，结合升压转换器的BCM操作，可提供自动功率因数校正。此外，控制器提供多种保护功能，如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，且在任何工作条件下都能保持功率级之间的同步。

二、关键特性剖析

2.1 Sync - Lock交错式技术

Sync - Lock交错式技术可确保在任何工作条件下实现180°异相同步，这对于减少电源输入端与输出端的纹波电流至关重要，能有效影响输入EMI滤波器要求并降低电源输出电容的高频RMS电流。

2.2 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，FAN9611会自动禁用两个交错式升压转换器之一；当输出功率超过转换器最大功率限值的18%左右时，又会自动恢复正常交错式工作状态。通过这种相位管理，可在更宽的电源负载范围内保持高效率。

2.3 保护功能完善

除了前面提到的多种保护，还针对每一相位有功率限制和电流保护，低启动电流仅80μA（典型值），并且能在DC输入电压和50Hz至400Hz AC输入下工作。

三、工作原理详解

3.1 临界导通模式（BCM）

升压转换器在BCM模式下，电感电流在每个开关周期从零开始。当升压转换器的功率晶体管导通时间固定时，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，使BCM模式下的升压转换器成为功率因数校正的理想选择。不过，BCM升压转换器存在开关频率变化和高纹波电流的问题，这会影响实际输出功率值。

3.2 交错式工作

FAN9611控制两个并联的BCM升压转换器，它们输入和输出电压相等，每个转换器处理总输出功率的一半左右。这种并行功率处理虽然增加了功率元件数目，但能将电流和热应力维持在控制范围内，且显著减少纹波电流。为确保两个转换器工作锁定为180度异相，FAN9611采用了Sync - Lock交错式技术。

3.3 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，误差放大器提供负反馈，脉宽调制器实现电压模式控制。为克服PFC应用中电压模式PWM电路的缺陷，采用了输入电压前馈，可抑制输入电压变化对输出电压的影响，还使闭环电源的小信号增益与输入电压无关，误差放大器的输出与转换器的输入功率成正比。

四、功能引脚说明

4.1 零电流检测（ZCD1、ZCD2）

每个ZCD引脚内部箝位至0V（GND）附近，用于检测零电感电流。内部感测电路可捕获漏极波形的谷底，零电流检测期间的最大源电流必须限制为0.5mA。

4.2 5V偏置电轨（5VB）

这是内部5V偏压电轨的旁路电容引脚，为控制电路供电。当FAN9611欠压锁定时，该电轨保持低电平有效；VDD引脚电压超过UVLO导通阈值时，5V电轨导通。

4.3 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，它是RMS输入电压的函数，可通过特定公式估算。

4.4 其他引脚

还有模拟地（AGND）、电源地（PGND）、软启动（SS）、误差放大器补偿（COMP）、输出电压反馈（FB）、次级输出电压感测（OVP）、输入电压感测（VIN）、栅极驱动输出（DRV1、DRV2）、偏置电源（VDD）、电流感测保护（CS1、CS2）等引脚，每个引脚都有其特定的功能和作用。

五、应用信息与设计要点

5.1 同步与时序功能

FAN9611采用复杂的同步子系统，通过双通道开关频率检测器使两个通道保持180度异相工作。采用关断时间调制（或延迟导通）控制相位关系，能在所有工作条件下无条件保持稳定。

5.2 频率箝位与其他应用

频率箝位集成于同步中，可在极轻载条件下或线路电压波形的过零区域附近确保工作频率受限且具有180度异相工作。此外，还可通过外部电路实现随负载调节输出电压、利用输入电压调节输出电压、调节相位管理阈值等功能。

5.3 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。在布线时，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，引脚连线尽量短而直接，同时注意不同引脚的布线要求。

六、快速设置与评估

6.1 快速设置步骤

设置FAN9611需要先确定电源规格和一些功率级元件参数。步骤包括确定输入电压范围、估算转换效率、计算每通道最大输出功率、输出电容、每通道升压电感、零电流检测电阻、最大导通时间设置电阻等多个参数。

6.2 评估板

FEB388是用于评估交错式双通道临界导通模式PFC转换器的评估板之一，额定功率为400W。借助相位管理，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%。

总之，FAN9611交错式双BCM PFC控制器凭借其独特的特性和功能，在中高功率的AC - DC电源设计中具有很大的优势。电子工程师在实际应用中，需要深入理解其工作原理和各引脚的功能，按照正确的步骤进行设计和设置，同时注意布线和连接的规范性，这样才能充分发挥该控制器的性能，设计出高效、稳定的电源系统。大家在使用FAN9611的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。