ON Semiconductor NCP1611 EPC

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宅潘
7 years ago
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1 安森美半导体低待机能耗电源方案

2 更高的能效目标电源设计人员面临的挑战设计不再仅须顾及满载能效可能需要评估 10% 20% 50% 及 75% 负载等条件下的能效新的电源可能更易于滋生可听噪声纤薄变压器及低厚度外壳 ( 一体式计算机 / 平板电视 ) 谐振转换器要求功率因数校正 (PFC) 电路一直导通, 而无论处于何种负载等级轻载工作可能导致临界导电模式 (CrM) PFC 进入突发模式 / 跳周期模式须增强可靠性及安全性采用分立输入欠压感测, 避免升压电源段过载增加额外保护电路, 提供更全面的故障处理将尺寸过大之元器件需求减至最小, 应对故障条件加快上市进程, 包括缩短安全认证时间 2

3 安森美半导体 PFC 产品阵容及后续产品功率因数控制器可变频率固定频率连续导电模式 (CCM) 不连续导电模式 (DCM) 单段式 PFC 交错式 PFC 带高压启动电路 MC33368 不带高压启动电路 MC33260 MC33262 NCP1607 NCP1608 不带高压启动电路 NCP1650 NCP1653 NCP1654 NCP1611 NCP1612* - 提供 PFC OK 信号及独立大电压欠压感测带高压启动电路 NCP1605 不带高压启动电路带高压启动电路 NCP1652A 不带高压启动电路 NCP1631 正待批专利的专有电流控制频率反走 (Current Controlled Frequency Foldback, CCFF) 控制原理结合了节能与故障条件安全处理 * 2012 年 1 月上市 3

The NCP1611 is a robust feature-rich Current Control Frequency Foldback (CCFF) PFC controller optimized to achieve high efficiency across a broad range of load while offering a complete suite of

4 The NCP1611 is a robust feature-rich Current Control Frequency Foldback (CCFF) PFC controller optimized to achieve high efficiency across a broad range of load while offering a complete suite of system level safety protection. 独特特性 CrM w/current controlled frequency foldback Skip mode Saturated inductor and bypass/boost diode short protection 其它特性 Optimizes efficiency across load range Better light load efficiency Very robust safety characteristics Fast load transient behavior Output over and under-voltage protection Maximum Vcc of 35 V with internal 14V Gate Clamp OCP, UVLO, brown-out protection Soft-Start for smooth start-up operation (A version) Robust open and short pin protection (see table) Thermal shutdown 市场及应用 Large Flat TVs Computer Power Supplies High Power Adapters LED Lighting and Ballasts PFC Applications < 300 W NCP1611 增强型 PFC 控制器 Control Pin Pin SHORT to GND Pin left OPEN Vcontrol 1 OFF -'Static OVP' "Functional" -low PF,loop bandwidth not set Vsense 2 OFF -Brownout OFF, non operational FFcontrol 3 OFF -Skip mode Normal operation but no frequency foldback CS/ZCD 4 OFF -Stops operation OFF -pullup up current source FB 8 OFF -UVP OFF -250 na pull down to low state 订购及封装信息 NCP1611ADR2G: SOIC V V CC Startup NCP1611BDR2G: SOIC V V CC Startup Pb 4

5 NCP1611 典型应用电路图输入锻压检测频率反走 / 跳周期控制能够轻易地关闭跳周期功能输出反馈感测两个版本 : 环路补偿零电流检测 (ZCD) 及电流感测 (CS) 功能以低成本 1N4148 二极管结合在单个引脚上 A 启动电压 10.5 Vdc( 典型值 ), 带软启动功能, 用于平板电视等有辅助电源的应用 B 启动电压更高, 为 17 Vdc( 典型值 ), 带正常启动功能, 用于能使用较小 Vcc 电容的自启动应用 5

6 理解电流控制频率反走 (CCFF) 架构大电流无延迟 Ł CrM 小电流下一个周期无延迟 * 正待批专利之架构定时器延迟更小电流更长死区时间定时器仅控制死区时间定时器对应电流电平调节死区时间反走频率限制为 >20 khz 正待批专利的架构提供市场上领先的性能定时器延时 6

7 CCFF 架构详解固定导通时间控制, 带频率反走大电流时, 电路以临界导电模式 (CrM) 工作小电流时 ( 重负载时接近线路过零点, 轻载时位于全部正弦方波 ): 磁芯复位后下一个周期并不会立即启动相反, 定时器开始调节死区时间电流越小, 定时器持续时间 ( 死区时间 ) 越长定时器持续时间取决于大小定时器仅控制死区时间 ( 不控制开关周期 / 关闭时间 ) 死区时间不受电流周期时长变化的影响, 因此我们可以毫不犹豫地进行谷底导通 7

8 CCFF 控制架构提升能效采用传统 CrM/BCM ( 边界线控制 ) 时 : 负载降低时, 开关频率上升极低负载时, 控制器可能进入跳周期模式, 滋生可听噪声采用 CCFF 控制架构时 : 负载降低时, 开关频率降低, 减小功率损耗轻载时, 控制器可以在高于可听噪声频段的较低频率处钳位极低负载时采用跳周期模式工作 ( 可以轻易关闭 ) 谷底导通进一步提升能效, 减小电磁干扰 (EMI) 8

9 230 V 满载时的一般特性 V IN A B C V R3 V LINE DRV q V R3 是电流感测电阻 R 3 的电压信号 q 我们将放大 A 点 B 点及 C 点处的波形 9

10 A 放大正弦波顶部 (A 点 ) V DS V R3 V LINE DRV q 在正弦波顶部, 电路以临界导电模式 (CrM) 工作 q MOSFET 在谷底导通 10

11 B 放大电压电平中间点 V DS V R3 V LINE DRV q 线路电压下降时, 线路电流下降 q NCP1611 降低开关频率 q MOSFET 仍在谷底导通 11

12 C 放大临近线路过零点处 V DS V R3 V LINE DRV q 接近线路过零点时, 线路电流极小 q NCP1611 进一步降低开关频率 q MOSFET 仍在谷底导通 12

13 (% ) y c n ie fic E Relative Output Power (%) 演示板能效性能 CCFF with Skip CCFF with Skip Off CRM Vin= 115 Vac, Pout(max) = 160 W (% ) y c n ie fic E Vin= 230 Vac, Pout(max)= 160 W Relative Output Power (%) CCFF with Skip CCFF with Skip Off CRM q 通过在 FF 控制引脚增加直流偏置, 我们可以比较不同模式下的工作 q0.9 V 偏置关闭跳周期模式 q2.5 V 偏置迫使 NCP1611 在传统 CrM 模式下工作 q CCFF 相较于 CrM 大幅提升轻载能效 q230 Vac 20% 负载时高出约 5.5%,@115 Vac 10% 负载时高出约 7% 13

1.00 0.95 功率因数 (PF) 及总谐波失真 (THD) 性能 100 90 0.90 0.85 F ) 0.80 (P r to 0.75 c a F r 0.70 e w o P 0.65 0.60 0.55 0.50 CCFF with Skip CCFF with Skip Off Vin= 115 Vac, Pout(max) = 160 W 0.

14 功率因数 (PF) 及总谐波失真 (THD) 性能 F ) 0.80 (P r to 0.75 c a F r 0.70 e w o P CCFF with Skip CCFF with Skip Off Vin= 115 Vac, Pout(max) = 160 W % 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Relative Output Power (%) CRM 80 ) (% n 70 rtio tro 60 is D 50 ic n o CCFF with Skip 40 CCFF with Skip Off rm a CRM H l 30 ta o T Vin= 115 Vac, Pout(max) = 160 W 0 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Relative Output Power (W) ) F 0.80 (P r to 0.75 c a F r 0.70 e w o P CCFF with Skip CCFF with Skip Off CRM 80 ) (% n 70 rtio to 60 is D ic 50 n o rm 40 a l H ta 30 o T 20 CCFF with Skip CCFF with Skip Off CRM Mode 0.50 Vin= 230 Vac, Pout(max) = 160 W % 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Relative Output Power (%) 10 Vin= 230 Vac, Pout(max) = 160 W 0 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Relative Output Load (%) 14

15 性能动态响应增强器用于提供快速的线路 / 负载瞬态响应最高达 35 V 的宽 Vcc 范围, 带门电压钳位功能启动电流典型值 20 µa, 最高 50 µa A 版本 B 版本 Vcc 启动电压 10.5 V Vcc 启动电压 17 V 线路范围检测功能调节及优化环路增益 A 版本提供软启动功能 /B 版本能使用较小 Vcc 电容, 易于启动谷底导通功能利于提供最佳能效及产生极低电磁干扰 (EMI) 安全性 Vcc 欠压锁定 (UVLO) 及线路输入欠压 (BO) 保护在电感饱和或旁路二极管短路条件下提供过流保护 (OCP) 输出过压保护 ( 软 OVP 及快速 OVP) 及欠压保护 (UVP) 反馈开路关闭及接地开路故障监控过热关闭关键特性 15

16 NCP1611 稳压工作 * -3.2%/+1.6% from 40 to ºC 16

17 PFC 控制器 Protection and Control Features NCP1608 NCP1611 NCP1612 Benefit Fast Overvoltage Protection (F-OVP) o o o Undervoltage Protection o o o Protects supply under abnormal operation Bulk Sensing Current Sense Monitoring Open Pin Protection Control Soft OVP o o Improved transient response when load is reduced Dynamic Response Enhancer o o Dramatically improved transient response Bulk Undervoltage Protection (BUV) o Informs downstream controller when Bulk is too low Independent Sensing of FOVP & BUV o Enhanced Fault Protection Cycle-by-cycle Over Current Protection o o o Fault Protection Shorted Boost or Bypass Diode o o System Robustness, Safety Testing Saturated Inductor Detection o o Fault Protection Vcc - UVLO o o o Ensures proper operation of controller UVLO Gate Driver Pulldown o o o Ensures FET is off during turn on and turn off Line Range Gain Selection o o Optimizes control loop for wide mains applications AC Line Brownout o o Improves system robustness to line faults FB o o o CS/ZCD o o GND o o FOVP/BUV o Simplifies safety testing Disable o o o Simplifies PFC ON/OFF Sequencing Soft Start A Version A Version Reduced component stress at startup High Vcc Startup Threshold/Low Icc B Version B Version Reduces Vcc capacitor size & startup time Skip Mode Disable o o Eliminates audible noise, improves THD & PF at light load Thermal Shutdown o o Enhanced Fault Protection PFC Okay o Sequencing control for downstream converter Latch Input o Enhanced fault control, easy to implement thermal latchoff 17 Note: NCP1612 Available January 2012

18 NCP1611 特性详解检测及进入软 OVP 输入欠压检测, 提供软停止 Load current (0.5 A/div) V BULK VCONTROL Line Current (2 A/div) V CONTROL gradual decrease 50-ms blanking time V BULK DRV V CONTROL V aux 动态响应增强器 (DRE) 工作线路电压突降 (90 至 70 Vac) Line Current (5 A/div) Line Current (5 A/div) V BULK V BULK V CC V CC V CONTROL V CONTROL a) Load abrupt rise b) Load abrupt decay Figure 1 Bulk voltage variations when the load changes from 100 to 400 ma (2 A/µs slope) 18

19 轻易解决开路及短路引脚故障, 提升安全性 Control Pin Pin SHORT to GND Pin left OPEN Vcontrol 1 OFF -'Static OVP' "Functional" -low PF,loop bandwidth not set Vsense 2 OFF -Brownout OFF, non operational FFcontrol 3 OFF -Skip mode Normal operation but no frequency foldback CS/ZCD 4 OFF -Stops operation OFF -pullup up current source FB 8 OFF -UVP OFF -250 na pull down to low state 即使在接地引脚开路的条件下此元件也受到保护!!! 19

20 NCP1611 相关资源提供下列资源, 帮助简化评估及设计流程 : 工程样品 NCP1611GEVB 160 W 演示电路板, 配有 : 电路图及物料单 (BOM) Gerber 文件详细评估板小册子安全评估应用注释逐步设计指引 NCP1611 Excel 设计工具 < 13 mm 高度 20

21 NCP1611 PFC 控制器小结新颖及正待批专利的控制技术电流控制频率反走 (CCFF) 临界导电模式 (CrM)/ 不连续导电模式 (DCM) 工作, 带谷底开关宽工作电源范围下提供极佳能效宽负载范围下提供高功率因数及良好的总谐波失真 (THD) 性能相较于标准 CrM PFC 控制器的性能提升更高的故障处理能力更佳的瞬态响应灵活支持不同偏置情形专门针对平板电视电源适配器高能效计算机电源及 LED 驱动器电源进行了优化 21

22 谢谢! 若有疑问, 敬请提出! 22

Infineon Total Solution in LCD-TV Power Supply.ppt

Infineon Total Solution in LCD-TV Power Supply.ppt / [email protected] / / demoboard Page 2 / / demoboard Page 3 Page 4 24V 12V/18V/30V 5V 400V 5V/12V/18V/30V 5V