解析 onsemi NCL2801：高功率因数照明的理想之选

各位电子工程师们，在设计高功率因数照明系统时，选择合适的PFC控制器是至关重要的一环。今天，我将为大家详细介绍 onsemi 的 NCL2801——一款专为照明应用设计的高性能PFC控制器。

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芯片特性

创新的谷值计数频率折返（VCFF）方法

NCL2801采用了独特的VCFF方法，这是它的一大亮点。在高负载电流条件下，电路以临界导电模式（CrM）运行，也就是1次谷值开关。随着输出功率的降低，当达到一个阈值（通过在初始上电时检测CS引脚阻抗来确定），会根据谷值数量添加死区时间。谷值数量会随着VCTRL值的变化而增加，每次进入基于VCTRL值的死区时间窗口，谷值数量就会增加。这样的设计能避免在电源电压周期内出现谷值跳跃现象。

当输出功率继续降低并达到6次谷值时，会基于电压斜坡添加额外的“模拟”死区时间，并且导通时间会与谷值同步。同时，有一个定时器会将总开关周期限制在不超过36.5μs，确保开关频率不会低于约27.4kHz。这种方法不仅能在不连续导电模式（DCM）和轻负载时提高效率，还能在开关频率降低时保持接近单位功率因数。

低启动电流

NCL2801的启动电流极低，这允许使用高阻抗启动电阻对VCC电容进行预充电。此外，欠压锁定（UVLO）迟滞的最小值为6V，这样就无需使用大容量的VCC电容，有助于缩短启动时间。在由外部电源（如辅助电源或下游转换器）供电的应用中，使用高VCC启动电平的版本更为合适。启动后，VCC的最大额定值高达27V，提供了较大的工作范围。

快速线路/负载瞬态补偿

PFC级通常具有较低的环路带宽，因此负载或输入电压的突然变化（如启动时）可能会导致过度的过冲或下冲。NCL2801通过动态响应增强器（DRE）来解决这个问题。当输出电压超过软过压保护（OVP）限制（对于[C**]选项为VREF的105%）时，电路会线性地将功率输送降至零。如果软OVP不够及时，输出电压继续上升，当达到快速OVP阈值时，电路会立即中断功率输送。

安全保护功能

NCL2801具备完善的安全保护功能，能永久监测输入和输出电压、MOSFET电流和芯片温度，确保系统在各种情况下都能可靠运行。具体保护功能包括：

• 过流限制：当MOSFET电流超过设定的电流限制时，电路会关闭功率开关。当电流达到电流限制的150%（例如由于电感饱和或旁路二极管短路）时，电路会进入低占空比运行模式。
• 热关断：当结温超过150°C（典型值）时，内部热电路会禁用栅极驱动。当温度降至约100°C（50°C迟滞）以下时，电路会恢复运行。

强大的驱动能力

NCL2801内置了一个-500mA / +800mA的栅极驱动器，能够高效地驱动大多数TO220或TO247功率MOSFET。

芯片引脚功能

FB引脚

FB引脚接收PFC输出电压的一部分，用于调节和动态响应增强器（DRE）。当输出电压低于期望输出水平的95.5%时，DRE能显著加快环路响应。同时，FB引脚电压也是（非锁存）过压保护（OVP）的输入信号。当FB引脚电压低于内部电压参考VUVPH时，欠压保护（UVP）比较器会防止电路工作。当FB引脚电压超过VREF的105%（取决于选项）时，软OVP比较器会逐渐降低占空比。如果输出电压仍然上升，当超过期望水平的x%（取决于选项）时，快速OVP会立即禁用驱动器。

VCTRL引脚

误差放大器的输出通过该引脚输出。连接在该引脚和地之间的网络用于调整调节环路带宽，通常设置在20Hz以下，以实现高功率因数比。在电路关闭时，VCTRL引脚会被内部下拉，当电路开始工作时，功率会缓慢增加，实现软启动功能。需要注意的是，该引脚不能被外部控制或下拉。

MULT引脚

作为乘法器输入引脚，它通过连接在Vin和GND之间的电阻分压器接收经过缩放的整流市电电压。

CS引脚

用于检测MOSFET电流，当电流达到控制值或最大电流限制时，结束导通时间。在启动前，会检测CS引脚和GND引脚之间的电阻值，以确定从CrM到DCM阈值的VCTRL值。

ZCD引脚

通过辅助绕组电压来确定电感电流的过零。

GND引脚

连接到PFC级的地。

DRV引脚

图腾柱栅极驱动器具有高电流能力（-0.5A / +0.8A），适合驱动高栅极电荷的功率MOSFET。

VCC引脚

作为IC的正电源引脚。当VCC超过17.0V（[A] & [B]版本）、12.5V（[C] & [D]版本）或10.5V（[E] & [F]选项）时，电路开始工作；当VCC低于10.0V（典型值，[C] & [D]选项）或9.0V（典型值，[A] & [B] & [E] & [F]选项）时，电路关闭。启动后，工作范围为10.0V（或9V，取决于选项）至27V。

工作模式

临界导电模式（CrM）

当输出功率较高且VCTRL引脚电压大于阈值（VCTRL下降时为VCTRL,th,12，VCTRL上升时为VCTRL,th,21）时，电路工作在CrM模式。该阈值由CS引脚和Rsense顶部之间的电阻RCS的值决定。

不连续导电模式（DCM）

随着输出功率的降低，NCL2801通过增加谷值计数来降低工作频率，最多可计数到6次谷值。当达到6次谷值且VCTRL电压低于0.77V时，会基于电压斜坡添加额外的“模拟”死区时间。当输出功率增加时，额外的“模拟”死区时间和谷值死区时间会根据VCTRL引脚电压窗口逐渐减少，直到回到1次谷值开关的CrM模式。

实际应用

应用场景

NCL2801适用于多种需要功率因数校正的应用，包括PC电源、照明镇流器（LED、荧光灯）、平板电视以及所有离线电器。

选型建议

产品有多种配置，通过封装上标记的三个字母（L1, L2, L3）进行编码。不同的编码对应不同的功能选项，例如：

• L1：决定软OVP和快速OVP的百分比。
• L2：决定VCC启动电平、启动后和启动期间的DRE功能。
• L3：决定欠压/过压检测、线路范围检测和故障保护功能。

在选择时，需要根据具体的应用需求来确定合适的产品配置。

总之，onsemi 的 NCL2801凭借其创新的VCFF方法、低启动电流、快速响应能力和完善的安全保护功能，为高功率因数照明应用提供了一个可靠的解决方案。希望这篇文章能帮助大家更好地了解和使用NCL2801，在实际设计中取得更好的效果。大家在使用过程中有任何问题或者经验，欢迎在评论区分享交流！