深入解析FAN7930C：臨界導(dǎo)電模式PFC控制器的卓越之選

在電源設(shè)計(jì)領(lǐng)域，功率因數(shù)校正（PFC）技術(shù)至關(guān)重要，它影響著電源的效率、穩(wěn)定性和對電網(wǎng)的友好程度。今天，我們將深入探討安森美（onsemi）的FAN7930C——一款工作在臨界導(dǎo)電模式（CRM）的有源功率因數(shù)校正控制器，看看它在實(shí)際應(yīng)用中能帶來哪些出色表現(xiàn)。

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關(guān)鍵特性與優(yōu)勢

1. 先進(jìn)的控制模式

FAN7930C采用電壓模式PWM控制，通過比較內(nèi)部斜坡信號與誤差放大器輸出，生成MOSFET關(guān)斷信號。與電流模式CRM PFC控制器相比，它無需整流后的交流線電壓信息，節(jié)省了輸入電壓感測網(wǎng)絡(luò)的功率損耗。

2. 全面的保護(hù)功能

該控制器具備過壓保護(hù)（OVP）、開路反饋保護(hù)、過流保護(hù)（OCP）、輸入電壓缺失檢測和欠壓鎖定保護(hù)（UVLO）等多種保護(hù)功能，確保系統(tǒng)在各種異常情況下的安全性和穩(wěn)定性。

3. PFC就緒信號

PFC - Ready引腳可在PFC輸出電壓達(dá)到合適水平時(shí)觸發(fā)其他功率級，并且具有遲滯特性，為系統(tǒng)的協(xié)同工作提供了便利。

4. 低諧波失真

采用新的可變導(dǎo)通時(shí)間控制方法，使總諧波失真（THD）低于傳統(tǒng)CRM升壓PFC IC，提高了電源的電能質(zhì)量。

5. 其他特性

還具備最大開關(guān)頻率限制、內(nèi)部軟啟動和無過沖啟動、內(nèi)部THD優(yōu)化器、精確可調(diào)輸出過壓保護(hù)、零電流檢測器（ZCD）等特性，以及低啟動和工作電流、圖騰柱輸出和高狀態(tài)鉗位等優(yōu)點(diǎn)。

引腳定義與功能

電氣特性

在不同的工作條件下，F(xiàn)AN7930C展現(xiàn)出了穩(wěn)定的電氣性能。例如，啟動閾值電壓（VSTART）在11 - 13V之間，停止閾值電壓（VSTOP）在7.5 - 9.5V之間，欠壓鎖定遲滯（HYUVLO）為3.0 - 4.0V等。這些參數(shù)為工程師在設(shè)計(jì)電源時(shí)提供了明確的參考。

應(yīng)用信息

1. 啟動過程

PFC塊的電源電壓（VCC）通常由備用電源提供，若沒有備用電源，可使用零電流檢測的輔助繞組作為電源。當(dāng)VCC超過12V時(shí)，內(nèi)部操作啟用，直到電壓降至8.5V。

2. INV塊

INV引腳接收輸出的縮放電壓，基于該引腳嵌入了多種功能，如跨導(dǎo)放大器、輸出OVP比較器、禁用比較器和輸出UVLO比較器。通過跨導(dǎo)放大器實(shí)現(xiàn)輸出電壓控制，同時(shí)采用兩極一零型補(bǔ)償來平衡功率因數(shù)校正和瞬態(tài)響應(yīng)的需求。

3. RDY輸出

當(dāng)INV電壓高于2.24V時(shí)，RDY輸出被觸發(fā)為高電平，直到INV電壓低于2.051V。RDY引腳輸出為開漏，需要外部上拉電阻提供合適的電源。

4. 控制范圍補(bǔ)償

FAN7930C通過輸出電壓補(bǔ)償器控制導(dǎo)通時(shí)間，在輕載和高輸入電壓時(shí)，內(nèi)部控制范圍補(bǔ)償功能可減少不必要的突發(fā)操作，避免產(chǎn)生可聽噪聲。

5. 零電流檢測

利用與電感耦合的輔助繞組檢測升壓電感電流為零時(shí)，生成MOSFET的導(dǎo)通信號。內(nèi)部ZCD引腳具有正負(fù)電壓鉗位電路，以處理輔助繞組電壓的正負(fù)變化。同時(shí)，通過檢測諧振電壓來確定電感電流為零的時(shí)刻和MOSFET電壓應(yīng)力的谷值位置。

6. 控制機(jī)制

將縮放輸出與內(nèi)部參考電壓進(jìn)行比較，跨導(dǎo)放大器從COMP引腳產(chǎn)生灌電流或源電流。誤差放大器輸出與內(nèi)部鋸齒波形比較，確定合適的導(dǎo)通時(shí)間。通過負(fù)反饋調(diào)節(jié)輸出電壓，同時(shí)滿足功率因數(shù)和輸出電壓調(diào)節(jié)的要求。

7. 軟啟動和無過沖啟動

軟啟動過程中，當(dāng)VCC達(dá)到VSTART時(shí)，內(nèi)部參考電壓呈階梯式增加，使VCOMP逐漸升高，MOSFET導(dǎo)通時(shí)間平穩(wěn)增加，減少啟動時(shí)的電壓和電流應(yīng)力。無過沖啟動功能通過內(nèi)部比例增益控制器在啟動期間控制反饋回路，避免過壓保護(hù)觸發(fā)，待輸出電壓達(dá)到額定值后切換到外部補(bǔ)償器。

8. THD優(yōu)化

總諧波失真（THD）是衡量輸入電流波形與正弦波匹配程度的指標(biāo)。FAN7930C通過在ZCD引腳源電流來優(yōu)化THD，使導(dǎo)通時(shí)間在一個交流線路周期內(nèi)根據(jù)輸入電壓成比例變化，改善零交叉區(qū)域的THD性能。

9. VIN - 缺失檢測

為節(jié)省輸入電壓感測電阻的功率損耗并優(yōu)化THD，F(xiàn)AN7930C省略了交流輸入電壓檢測。當(dāng)檢測到輸入交流電壓缺失時(shí)，軟啟動復(fù)位，等待輸入恢復(fù)，減少啟動時(shí)的電壓和電流應(yīng)力。

10. 電流檢測和柵極驅(qū)動輸出

通過外部感測電阻檢測MOSFET電流，當(dāng)CS引腳電壓高于0.8V時(shí)，過流保護(hù)比較器產(chǎn)生保護(hù)信號。內(nèi)部RC濾波器用于濾除開關(guān)噪聲。FAN7930C的柵極驅(qū)動輸出采用單圖騰柱輸出級，能夠提供高達(dá)+500 / - 800 mA的峰值電流，輸出電壓鉗位至13V，保護(hù)MOSFET柵極。

PCB布局指南

由于PFC塊處理高開關(guān)電流，PCB布局對系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。以下是一些布局建議：

1. 柵極驅(qū)動路徑應(yīng)盡可能短，功率地和信號地的共享位置應(yīng)唯一，避免接地環(huán)路噪聲。
2. PFC輸出電壓感測電阻應(yīng)盡可能高，以減少電流消耗，同時(shí)縮短感測路徑或在PFC輸出和INV引腳之間放置分壓電阻，靠近INV引腳更好。
3. ZCD路徑應(yīng)靠近升壓電感的輔助繞組和ZCD引腳，若有困難，可放置一個小電容（低于50pF）來降低噪聲。
4. 開關(guān)電流感測路徑不應(yīng)與其他路徑共享，可添加額外組件降低CS引腳的噪聲水平。
5. VCC的穩(wěn)定電容應(yīng)盡可能靠近VCC和接地引腳。

典型應(yīng)用電路

以LCD TV電源為例，F(xiàn)AN7930C在90 - 265 VAC輸入電壓范圍內(nèi)，額定輸出功率為195W，輸出電壓為390V（0.5A）。該應(yīng)用具有平均效率高于95%、功率因數(shù)高于0.98、總諧波失真低于15%等優(yōu)點(diǎn)。在設(shè)計(jì)時(shí)，若輔助VCC電源不可用，可通過零電流檢測（ZCD）繞組供電；INV引腳輸入偏置電流幾乎為零，輸出電壓感測電阻應(yīng)在功耗和抗噪性之間取得平衡；若輸出二極管的浪涌電流能力足夠，可省略快速充電二極管。

總結(jié)

FAN7930C作為一款高性能的臨界導(dǎo)電模式PFC控制器，憑借其先進(jìn)的控制技術(shù)、全面的保護(hù)功能和出色的電氣特性，在各種電源應(yīng)用中具有顯著優(yōu)勢。無論是降低諧波失真、提高功率因數(shù)，還是確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，F(xiàn)AN7930C都能滿足工程師的需求。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，合理運(yùn)用其特性并遵循PCB布局指南，將有助于充分發(fā)揮該控制器的性能，打造出高效、穩(wěn)定的電源系統(tǒng)。

你在使用FAN7930C進(jìn)行電源設(shè)計(jì)時(shí)遇到過哪些問題？對于它的性能表現(xiàn)有什么獨(dú)特的見解？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和想法。