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在現代電力系統率因數校正(Power Factor Correction,簡稱 PFC)已經成為電源設計中不可忽視的重要因素之一,直接關系到電網的穩定性、能效以及對環境的影響。
2023 年,必易微推出了臨界導通模式 (CRM) 的高性能 PFC 控制器 KP2806(A)。PFC 工作在臨界導通模式具有諸多優點,如功率開關管零電流開通,續流二極管無反向恢復問題等,適用于 500W 以下功率段的應用。當功率等級進一步提高時
,CRM 運行的缺點(如峰值電流高,電流紋波大,磁件體積大等)愈加明顯。
必易微已提供雙相交錯并聯的 CRM PFC 控制器 KP2822 的解決方案,功率平攤至兩路,適用于扁平化的結構設計。現在,我們全新推出高性能連續導通模式 (CCM) 的 PFC 控制器 KPE2851X/KPE2852,可進一步提高 PFC 應用的功率等級,具有低成本,高功率密度等優點。

圖 1 必易微 PFC 解決方案
KPE2851X/KPE2852 的產品亮點
KPE2851X 通過檢測電感電流和輸入電壓,在固定開關頻率下控制功率開關管的導通時間,實現高功率因數 (PF),輸入電流低失真 (THD) 的功能。固定開關頻率可選配為 65kHz,133kHz 和 200kHz。
KPE2852 通過控制在固定開關頻率下的功率開關管的導通時間,在無需檢測輸入電壓的情況下,即可實現高 PF,低 THD 的性能。開關頻率可通過外置電阻調節,調節范圍為 20kHz~250kHz。
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圖 2 KPE2851X/KPE2852 芯片引腳圖

表 1 KPE2851X 和 KPE2852 特點對比
除此之外,KPE2851X/KPE2852 還具有諸多優點,以實現高性能,可靠的 PFC 功能。
01 KPE2852 頻率可調,運用靈活
KPE2852 開關頻率可根據 SET 管腳對地電阻配置,阻值Rset 選取與開關頻率 fsw對應關系曲線如圖 3。
因此 KP2852 可滿足多種運用需求,如低頻,EMI 調試簡單;高頻,功率密度提升。

圖 3 開關頻率 fsw 與 Rset 電阻的曲線圖
02 KPE2851X 具有輸入欠壓保護 (BOP)
KPE2851X 的開關頻率只有 3 檔可選,65kHz/133kHz/200kHz,但這三檔典型的頻率基本覆蓋大多數的應用需求。同時 KPE2851X 的 BR 管腳可采集輸入電壓,可根據客戶指標要求,設定設備開始工作時的交流輸入電壓值,且在 AC 掉電時及時保護。

圖 4 KPE2851X BOP 退出 (80Vac) 時典型波形
03 可靠的過流保護功能
對于工作在 CCM 下的 PFC 電路,過流保護尤為重要,以避免功率器件在暫態工況(如空載切滿載)時因過電流應力而被損壞。KPE2851X 集成了逐周期過流保護功能 (CBC OCP),在每個功率開關管開通過程中,當 CS 管腳流出電流達到 OCP 觸發閾值時,驅動立刻關閉。
KPE2851X 還集成了過載保護 (OLP),可以看作是與輸入電壓相關的二級 OCP 保護,也是逐周期保護。CS 管腳的采樣電壓可表征輸入電流大小, BR 管腳的采樣電壓可表征交流輸入電壓大小。因此,兩者乘積 (ICS?VBR) 可近似輸入功率大小,當 (ICS?VBR) 大于過載保護閾值時,驅動立刻關斷。

圖 5 KPE2851X OCP 觸發時典型波形
KPE2852 同樣集成逐周期過流保護功能 (CBC OCP),在每個功率開關管開通周期中,當 CS 管腳電壓達到 OCP 觸發閾值時,驅動立刻關閉。同時 KPE2852 還集成了軟過流保護功能,當 CS 管腳電壓達到 SOCP 觸發閾值時(低于 OCP 觸發閾值),COMP 管腳會被內部電阻下拉而電壓降低,以限制功率輸出。

圖 6 KPE2852 SOCP 觸發時典型波形
04 集成動態加速功能
由于 PFC 系統的環路帶寬較低 (一般設計值低于 20Hz),以抑制二倍工頻紋波電壓,進而改善 THD。但對于輕載切重載的暫態工況,這會導致系統恢復時間長,或母線電壓跌落過低,導致后級電路觸發保護而系統宕機。KPE2851X/KPE2852 集成動態加速功能,當輸出電壓跌落超過閾值,芯片會給補償網絡快速充電,驅動脈寬大幅增加以迅速增加能量輸出,系統得以快速恢復到額定輸出電壓。

圖 7 KPE2851X 動態加速觸發 (負載 0.1A 突變為 1.1A) 時典型波形
05 軟啟動功能
為了避免系統啟動時電流應力過大,KPE2851X/KPE2852 具有軟啟動功能,在輸出電壓未完成建立之前,芯片的動態加速功能關閉,COMP 管腳電容緩慢充電,占空比逐漸增加。

圖 8 KPE2851X 軟啟動典型波形
06 高 PF 和低 THD
KPE2851X/KPE2852 在控制策略的設計上,即可保證理論上輸入阻抗為常數,PF=1。
如下圖所示為 600W Demo 板,KPE2851X/KPE2852 和競品的對比測試數據。

圖 9 KPE2581X 與競品對比 THD

圖 10 KPE2582 與競品對比 THD
07 完備的保護功能
KPE2851X/KPE2852 集成完備的保護功能,如下表所示,提高了系統的可靠性。

表 2 KPE2851X 芯片保護功能列表

表 3 KPE2852 芯片保護功能列表
總 結
KPE2851X/KPE2852 適用于中大功率的 PFC 應用場合 (300W~3000W),有利于高功率密度,低成本的系統設計。兩顆芯片都是采用平均電流模式控制,讓 PFC 工作在連續導通模式 (CCM),在固定開關頻率下控制功率開關管的導通時間,實現高 PF,低 THD 的功能。KPE2851X 適用于需要輸入欠壓保護 (BOP) 功能的應用場合,而 KPE2852 適用于頻率設定在典型頻率 (65kHz/133kHz/200kHz) 之外,且不需要 BOP 功能的應用場合。兩顆芯片集成諸多優良性能,如動態性能優化,打嗝模式,完備的保護功能等,幫助客戶輕松地設計出高性能,高可靠性的開關電源產品。
