FAN6921ML：集成式臨界模式PFC/準(zhǔn)諧振電流模式PWM控制芯片的全面解析

在電子電源設(shè)計領(lǐng)域，高度集成化的芯片能夠有效提升設(shè)計的性價比，減少外部元件數(shù)量，F(xiàn)AN6921ML就是這樣一款出色的芯片。它將功率因數(shù)校正（PFC）控制器和準(zhǔn)諧振PWM控制器組合在一起，為電源系統(tǒng)帶來了諸多優(yōu)勢。

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一、FAN6921ML概述

FAN6921ML采用16 - 引腳小尺寸封裝（SOP），具有集成式PFC和反激式控制器的特性。其臨界模式PFC控制器能實現(xiàn)自然的功率因數(shù)校正，PWM級的準(zhǔn)諧振運行則可增強(qiáng)電源系統(tǒng)性能。

特性亮點

1. 集成優(yōu)勢：集成PFC和PWM控制器，降低成本并減少元件數(shù)量。
2. PFC技術(shù)：使用受控導(dǎo)通時間技術(shù)調(diào)節(jié)直流輸出電壓，通過創(chuàng)新的THD優(yōu)化器減少輸入電流失真，改進(jìn)THD性能。
3. PWM性能：借助波谷檢測、綠色模式運行和高/低線路電壓過功率補(bǔ)償，提升電源系統(tǒng)性能。
4. 保護(hù)功能豐富：具備次級端開環(huán)和過流保護(hù)、外部門鎖觸發(fā)、可調(diào)節(jié)過溫保護(hù)、內(nèi)部過溫關(guān)斷、VDD引腳OVP、輸出OVP以及AC輸入電壓欠壓保護(hù)等。

二、引腳配置與定義

引腳配置

FAN6921ML的引腳配置有其特定的功能布局，每個引腳都在芯片的正常運行中發(fā)揮著重要作用。

引腳定義

三、電氣特性

絕對最大額定值

了解芯片的絕對最大額定值對于保證芯片的安全運行至關(guān)重要。如VDD最大為500V，OPFC、OPWM的電壓范圍為 - 0.3V至25.0V等。若超過這些額定值，可能會損壞器件，影響其可靠性。

推薦工作條件

在推薦工作條件下，芯片能正常運行。超出推薦范圍，長時間運行可能影響器件可靠性。例如，工作溫度范圍為 - 40°C至105°C等。

電氣參數(shù)

涵蓋了VDD部分、HV啟動電源電流部分、VIN和RANGE部分、PFC電路、電壓誤差放大器部分、PFC電流檢測部分、PFC輸出部分、PFC零電流檢測部分、PWM級的各個部分（反饋輸入、DET引腳、PWM振蕩器、PWM輸出、電流檢測、RT引腳過溫保護(hù)等）的電氣參數(shù)。這些參數(shù)為工程師在設(shè)計電路時提供了精確的參考，確保芯片在不同工作條件下的性能穩(wěn)定。

四、典型性能特征

文檔中給出了一系列典型性能特征圖，如導(dǎo)通閾值電壓、關(guān)斷閾值電壓、啟動電流、PFC輸出反饋參考電壓等。這些特征圖在TA = 25°C條件下進(jìn)行歸一化，為工程師在實際應(yīng)用中評估芯片性能提供了直觀的依據(jù)。例如，通過導(dǎo)通閾值電壓圖，工程師可以了解芯片在不同條件下的啟動特性。

五、功能說明

PFC電路

1. 多向量誤差放大器和THD優(yōu)化器：采用帶有創(chuàng)新型多向量誤差放大器的跨導(dǎo)型放大器，提高環(huán)路響應(yīng)，簡化補(bǔ)償電路。通過THD優(yōu)化器改善輕載條件下的總諧波失真度，調(diào)制PFC柵極導(dǎo)通時間。
2. RANGE引腳：內(nèi)置低壓MOSFET根據(jù)VVIN電壓電平導(dǎo)通或關(guān)斷，其漏極引腳連接至RANGE引腳，通過滯回行為實現(xiàn)不同輸入電壓下的狀態(tài)切換。
3. 零電流檢測（ZCD引腳）：通過檢測PFC電感器輔助繞組信息實現(xiàn)零電流檢測。當(dāng)ZCD引腳電壓低于觸發(fā)電壓時，開始新的開關(guān)周期；拉低ZCD引腳電壓可禁用PFC運行。內(nèi)置抑制計時器限制最小toFF時間，防止輕載時開關(guān)頻率過高。
4. PFC級電路保護(hù)
   • PFC輸出電壓UVP和OVP（INV引腳）：由INV引腳電壓檢測和確定PFC輸出過壓和欠壓保護(hù)，當(dāng)INV引腳電壓異常時，激活保護(hù)電路，終止PFC開關(guān)運行。
   • PFC峰值限流（CSPFC引腳）：PFC開關(guān)電流由CSPFC引腳上的電流檢測電阻檢測，當(dāng)檢測電壓高于閾值電壓時，PFC柵極立即關(guān)斷。
   • 通電/掉電保護(hù)（VIN引腳）：通過VIN引腳檢測AC輸入電壓電平，當(dāng)AC電壓下降，VVIN電壓低于1V持續(xù)100ms時，激活UVP保護(hù)，降低PFC輸出電壓。激活掉電保護(hù)后，VDD電壓進(jìn)入打嗝模式，直到滿足條件才恢復(fù)開關(guān)運行。

PWM級

1. HV啟動和工作電流（HV引腳）：HV引腳通過電阻連接至AC線路，內(nèi)置高壓啟動電路在施加AC電壓時為外部VDD電容器充電，縮短啟動時間。VDD電壓超過導(dǎo)通電壓后，高壓啟動電路關(guān)斷，減少功耗。
2. 綠色模式運行和PFC導(dǎo)通關(guān)斷控制（FB引腳）：采用綠色模式根據(jù)FB引腳電壓調(diào)節(jié)開關(guān)頻率，延長DCM運行模式下的波谷開關(guān)，減少開關(guān)損耗。FB引腳電壓還用于控制PFC級電路的導(dǎo)通或關(guān)斷狀態(tài)，在空載或輕載時關(guān)斷PFC級可提高轉(zhuǎn)換效率。
3. 波谷檢測（DET引腳）：綠色模式運行時，tOFF - MIN時間由FB引腳電壓確定，之后內(nèi)部波谷檢測電路激活。當(dāng)檢測到PWM開關(guān)漏極電壓波谷時，輸出PWM柵極信號，開始新的開關(guān)周期。
4. 高/低壓線路過功率補(bǔ)償（DET引腳）：由于不同AC輸入電壓下，PWM開關(guān)關(guān)斷延遲產(chǎn)生不同的最大輸出功率，F(xiàn)AN6921ML通過調(diào)節(jié)CSPWM引腳的VLIMIT來控制PWM開關(guān)電流，實現(xiàn)高/低壓線路過功率補(bǔ)償。
5. 前沿消隱（LEB）：內(nèi)置前沿消隱時間，推薦在CSPWM引腳和GND之間連接小型RC濾波器，防止開關(guān)導(dǎo)通時電流檢測電阻上的電壓尖峰影響。
6. PWM級電路保護(hù)
   • VDD引腳過壓保護(hù)（OVP）：防止VDD電壓高于器件應(yīng)力額定電壓，出現(xiàn)OVP時進(jìn)入閂鎖關(guān)斷模式。
   • 可調(diào)節(jié)的過溫保護(hù)和外部閂鎖觸發(fā)（RT引腳）：RT引腳輸出恒流，當(dāng)RT引腳電壓低于0.8V且持續(xù)保護(hù)延遲時間時，激活閂鎖模式。外部門鎖觸發(fā)響應(yīng)快，過溫保護(hù)響應(yīng)慢，可通過添加小型電容器避免不恰當(dāng)觸發(fā)。
   • 輸出過壓保護(hù)（DET引腳）：對PWM變壓器電感器放電期間DET引腳的穩(wěn)定電壓進(jìn)行采樣，與內(nèi)部閾值電壓2.5V比較，激活保護(hù)功能后進(jìn)入閂鎖模式。
   • 開環(huán)、短路和過載保護(hù)（FB引腳）：FB引腳連接至光電耦合器晶體管的集電極，當(dāng)FB引腳電壓高于4.2V持續(xù)50ms時，激活保護(hù)。
   • VCC欠壓鎖定（UVLO，VDD引腳）：導(dǎo)通和關(guān)斷VDD閾值電壓分別固定在18V和10V，啟動時VDD電容器由HV啟動電流充電，達(dá)到導(dǎo)通電壓且未觸發(fā)保護(hù)功能時開始開關(guān)運行。

六、訂購信息

提供了器件編號、過載保護(hù)（OLP）模式、工作溫度范圍、封裝和Shipping等信息，方便工程師根據(jù)需求進(jìn)行訂購。

FAN6921ML以其集成化的設(shè)計、豐富的功能和完善的保護(hù)機(jī)制，為電源設(shè)計工程師提供了一個優(yōu)秀的解決方案。在實際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體的設(shè)計需求，合理利用芯片的各項特性和參數(shù)，確保電源系統(tǒng)的穩(wěn)定、高效運行。大家在使用FAN6921ML進(jìn)行設(shè)計時，有沒有遇到過什么特別的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。