深入解析FAN9673：三通道交錯CCM PFC控制器的卓越性能與應用

一、引言

在當今的電子設備中，電源的高效性和穩(wěn)定性至關重要。功率因數校正（PFC）技術作為提高電源效率、減少諧波污染的關鍵手段，被廣泛應用于各種電源設計中。onsemi推出的FAN9673三通道交錯CCM PFC控制器，為PFC預調節(jié)器設計提供了強大而可靠的解決方案。本文將深入剖析FAN9673的特點、工作原理、電氣特性以及典型應用，幫助電子工程師更好地理解和應用這款控制器。

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二、FAN9673概述

FAN9673是一款專為PFC預調節(jié)器設計的三通道交錯連續(xù)導通模式（CCM）PFC控制器IC。它集成了前沿、平均電流和“升壓”型功率因數校正電路，使電源設計能夠完全符合IEC1000 - 3 - 2規(guī)范。交錯操作顯著降低了輸入和輸出紋波電流，簡化了傳導EMI濾波設計，降低了成本。此外，該控制器還具有創(chuàng)新的通道管理功能，可根據CM引腳的設定電壓在低功率條件下平滑加載和卸載從通道，提高PFC轉換器的負載瞬態(tài)響應。同時，它還集成了多種保護功能，如峰值電流限制、輸入電壓欠壓保護和TriFault Detect功能，增強了系統(tǒng)的可靠性。

（一）關鍵特性

1. 連續(xù)導通模式控制：采用CCM控制，減少電感電流紋波，降低功率半導體器件的峰值電流。
2. 三通道PFC控制：最多支持三通道PFC控制，平均電流模式控制確保電流平衡。
3. 可編程操作頻率范圍：可在18 kHz ~ 40 kHz或55 kHz ~ 75 kHz范圍內自由設置工作頻率。
4. 可編程PFC輸出電壓：通過PVO引腳可靈活調整PFC輸出電壓，提高系統(tǒng)效率。
5. 多種保護功能：包括TriFault Detect保護、過壓保護、欠壓保護、過流保護和電感飽和保護等，保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

（二）典型應用

FAN9673適用于多種高功率應用場景，如高功率AC - DC電源、直流電機電源、白色家電（如空調電源）、服務器和電信電源以及工業(yè)焊接和電源等。

三、引腳配置與功能

（一）引腳定義

FAN9673采用32引腳LQFP封裝，各引腳具有不同的功能。例如，BIBO引腳用于欠壓/過壓電平設置；PVO引腳用于可編程輸出電壓設置；ILIMIT引腳用于電流命令鉗位設置；RI引腳用于振蕩器設置等。詳細的引腳定義如下表所示：

（二）引腳功能詳解

不同引腳在控制器的工作中發(fā)揮著重要作用。例如，RI引腳通過外接電阻可以設置內部振蕩器的頻率，其頻率計算公式為 (f{osc }=frac{8 × 10^{8}}{R{R1}}) ，頻率可在18 kHz ~ 40 kHz和55 kHz ~ 75 kHz兩個范圍內自由設置。PVO引腳可根據外部電壓信號調整PFC輸出電壓，當 (V{PVO}>0.5 ~V) 時，VFBPFC調節(jié)目標變?yōu)?(V{FBPFC}=2.5 V - [frac{V_{PVO}}{4}]) 。

四、工作原理

（一）連續(xù)導通模式（CCM）

FAN9673采用CCM控制，在這種模式下，電感電流始終連續(xù)且大于零。與邊界導通模式（BCM）相比，CCM模式減少了電感電流紋波，降低了功率半導體器件的峰值電流，提高了系統(tǒng)效率。

（二）增益調制器

FAN9673采用電流控制環(huán)和電壓控制環(huán)進行功率因數校正。增益調制器是控制PFC輸入電流的關鍵模塊，其輸出信號 (I{MO}) 是 (V{VEA})、(I{IAC}) 和 (V{LPK}) 的函數，計算公式為 (I{MO }=K × frac{I{AC} × V{VEA}}{V{LPK}^{2}}) ，其中K值在 (V{IR}<1.5 ~V) 時約為0.8，在 (V{IR}>3.5 ~V) 時約為3.2。

（三）電流平衡

在多通道控制中，各通道的電流匹配至關重要。FAN9673通過基于感測信號 (V_{CS}) 跟蹤增益調制器的電流命令來控制各通道的電流。影響電流平衡的主要因素包括布局和器件公差，特別是電流感測分流電阻的公差。建議使用高精度電阻，并注意電流感測電阻與控制器或電源地之間的布局走線距離，以減少偏移電壓和地彈的影響。

（四）交錯操作

FAN9673用于控制三個并聯(lián)的升壓轉換器，工作在平均電流模式和CCM模式下。在接近滿載或通道管理禁用時，每個通道承擔三分之一的功率。交錯操作可以減少輸入總紋波電流，同時使各通道的輸出電流紋波均勻分布在輸出電容上，延長電容壽命。

（五）通道管理

FAN9673具有靈活的通道管理功能，可通過CM引腳控制。通道管理通過改變電流命令的增益來實現(xiàn)，當 (V_{VEA}) 低于CM引腳設定的閾值時，從通道的電流命令逐漸減小，從而降低輸出功率。此外，通道管理還可以通過MCU進行外部控制，根據負載情況靈活調整各通道的工作狀態(tài)。

五、電氣特性

FAN9673的電氣特性在不同的工作條件下表現(xiàn)出良好的性能。例如，在 (V{DD}=15 ~V) 和 (T{J}=-40 ~ 105^{circ} C) 的條件下，其啟動電流IDD_ST為30 - 80 μA，工作電流IDD - OP為4 - 7 mA。振蕩器頻率可根據RI引腳外接電阻進行設置，不同的電阻值對應不同的頻率范圍。同時，該控制器還具有良好的電壓穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性，確保在各種環(huán)境條件下都能穩(wěn)定工作。

六、典型應用電路與性能

（一）典型應用電路

以單級三通道PFC應用為例，該電路的輸出功率為5000 W，輸入電壓為180 ～ 264 V AC，輸出電壓為393 V，輸出電流為12.72 A。電路采用FAN9673控制器，結合增益調制器的開關充電技術，實現(xiàn)了更好的功率因數和更低的總諧波失真（THD）。同時，電路還具備過壓保護、欠壓保護、過流保護和電感飽和保護等功能，確保系統(tǒng)的安全可靠運行。

（二）性能指標

在不同的輸入電壓和負載條件下，F(xiàn)AN9673的效率、功率因數和THD表現(xiàn)良好。例如，在220 V/50 Hz的輸入條件下，50%負載時的效率可達97.1%，功率因數可達0.9868，THD為14.36%。

七、系統(tǒng)設計注意事項

（一）浪涌電流處理

在AC輸入首次連接到升壓PFC轉換器時，會產生浪涌電流。建議使用NTC和并聯(lián)繼電器電路來減少浪涌電流，同時添加旁路二極管為浪涌電流提供通路。

（二）下游電源啟動

PFC階段通常為下游DC - DC或逆變器提供電源，建議在PFC輸出電壓接近指定穩(wěn)態(tài)值時，使下游電源階段滿負荷運行。

（三）PVO功能應用

PVO功能用于改變PFC的輸出電壓VPFC，VPFC應至少比VIN高25 V，以確保系統(tǒng)的正常運行。

八、總結

FAN9673作為一款高性能的三通道交錯CCM PFC控制器，具有豐富的功能和出色的性能。其交錯操作、通道管理功能和多種保護機制使其適用于各種高功率應用場景。電子工程師在設計電源系統(tǒng)時，可以充分利用FAN9673的特點，提高電源的效率、穩(wěn)定性和可靠性。同時，在設計過程中需要注意浪涌電流處理、下游電源啟動和PVO功能應用等方面的問題，以確保系統(tǒng)的最佳性能。你在實際應用中是否遇到過類似控制器的使用問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經驗和見解。