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新品推出 | 高性能連續(xù)導(dǎo)通模式 PFC 控制器 KPE2851X/KPE2852
在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，功率因數(shù)校正（Power Factor Correction，簡(jiǎn)稱 PFC）已經(jīng)成為電源設(shè)計(jì)中不可忽視的重要因素之一，直接關(guān)系到電網(wǎng)的穩(wěn)定性、能效以及對(duì)環(huán)境的影響。
2023 年，必易微推出了臨界導(dǎo)通模式 (CRM) 的高性能 PFC 控制器 KP2806(A)。PFC 工作在臨界導(dǎo)通模式具有諸多優(yōu)點(diǎn)，如功率開關(guān)管零電流開通，續(xù)流二極管無反向恢復(fù)問題等，適用于 500W 以下功率段的應(yīng)用。當(dāng)功率等級(jí)進(jìn)一步提高時(shí)，CRM 運(yùn)行的缺點(diǎn)（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(cuò)并聯(lián)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)?，F(xiàn)在，我們?nèi)峦瞥龈咝阅苓B續(xù)導(dǎo)通模式 (CCM) 的 PFC 控制器 KPE2851X/KPE2852，可進(jìn)一步提高 PFC 應(yīng)用的功率等級(jí)，具有低成本，高功率密度等優(yōu)點(diǎn)。
圖 1 必易微 PFC 解決方案
KPE2851X/KPE2852 的產(chǎn)品亮點(diǎn)
KPE2851X 通過檢測(cè)電感電流和輸入電壓，在固定開關(guān)頻率下控制功率開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù) (PF)，輸入電流低失真 (THD) 的功能。固定開關(guān)頻率可選配為 65kHz，133kHz 和 200kHz。
KPE2852 通過控制在固定開關(guān)頻率下的功率開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，在無需檢測(cè)輸入電壓的情況下，即可實(shí)現(xiàn)高 PF，低 THD 的性能。開關(guān)頻率可通過外置電阻調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為 20kHz~250kHz。
圖 2 KPE2851X/KPE2852 芯片引腳圖
表 1 KPE2851X 和 KPE2852 特點(diǎn)對(duì)比
除此之外，KPE2851X/KPE2852 還具有諸多優(yōu)點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)高性能，可靠的 PFC 功能。
01 KPE2852 頻率可調(diào)，運(yùn)用靈活
KPE2852 開關(guān)頻率可根據(jù) SET 管腳對(duì)地電阻配置，阻值Rset 選取與開關(guān)頻率 fsw對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線如圖 3。因此 KP2852 可滿足多種運(yùn)用需求，如低頻，EMI 調(diào)試簡(jiǎn)單；高頻，功率密度提升。
圖 3 開關(guān)頻率 fsw 與 Rset 電阻的曲線圖
02 KPE2851X 具有輸入欠壓保護(hù) (BOP)
KPE2851X 的開關(guān)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(shù)的應(yīng)用需求。同時(shí) KPE2851X 的 BR 管腳可采集輸入電壓，可根據(jù)客戶指標(biāo)要求，設(shè)定設(shè)備開始工作時(shí)的交流輸入電壓值，且在 AC 掉電時(shí)及時(shí)保護(hù)。
圖 4 KPE2851X BOP 退出 (80Vac) 時(shí)典型波形
03 可靠的過流保護(hù)功能
對(duì)于工作在 CCM 下的 PFC 電路，過流保護(hù)尤為重要，以避免功率器件在暫態(tài)工況（如空載切滿載）時(shí)因過電流應(yīng)力而被損壞。KPE2851X 集成了逐周期過流保護(hù)功能 (CBC OCP)，在每個(gè)功率開關(guān)管開通過程中，當(dāng) CS 管腳流出電流達(dá)到 OCP 觸發(fā)閾值時(shí)，驅(qū)動(dòng)立刻關(guān)閉。
KPE2851X 還集成了過載保護(hù) (OLP)，可以看作是與輸入電壓相關(guān)的二級(jí) OCP 保護(hù)，也是逐周期保護(hù)。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) 可近似代表輸入功率大小，當(dāng) (ICS?VBR) 大于過載保護(hù)閾值時(shí)，驅(qū)動(dòng)立刻關(guān)斷。
圖 5 KPE2851X OCP 觸發(fā)時(shí)典型波形
KPE2852 同樣集成逐周期過流保護(hù)功能 (CBC OCP)，在每個(gè)功率開關(guān)管開通周期中，當(dāng) CS 管腳電壓達(dá)到 OCP 觸發(fā)閾值時(shí)，驅(qū)動(dòng)立刻關(guān)閉。同時(shí) KPE2852 還集成了軟過流保護(hù)功能，當(dāng) CS 管腳電壓達(dá)到 SOCP 觸發(fā)閾值時(shí)(低于 OCP 觸發(fā)閾值)，COMP 管腳會(huì)被內(nèi)部電阻下拉而電壓降低，以限制功率輸出。
圖 6 KPE2852 SOCP 觸發(fā)時(shí)典型波形
04 集成動(dòng)態(tài)加速功能
由于 PFC 系統(tǒng)的環(huán)路帶寬較低 (一般設(shè)計(jì)值低于 20Hz)，以抑制二倍工頻紋波電壓，進(jìn)而改善 THD。但對(duì)于輕載切重載的暫態(tài)工況，這會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)，或母線電壓跌落過低，導(dǎo)致后級(jí)電路觸發(fā)保護(hù)而系統(tǒng)宕機(jī)。KPE2851X/KPE2852 集成動(dòng)態(tài)加速功能，當(dāng)輸出電壓跌落超過閾值，芯片會(huì)給補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)快速充電，驅(qū)動(dòng)脈寬大幅增加以迅速增加能量輸出，系統(tǒng)得以快速恢復(fù)到額定輸出電壓。
圖 7 KPE2851X 動(dòng)態(tài)加速觸發(fā) (負(fù)載 0.1A 突變?yōu)?1.1A) 時(shí)典型波形
05 軟啟動(dòng)功能
為了避免系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)電流應(yīng)力過大，KPE2851X/KPE2852 具有軟啟動(dòng)功能，在輸出電壓未完成建立之前，芯片的動(dòng)態(tài)加速功能關(guān)閉，COMP 管腳電容緩慢充電，占空比逐漸增加。
圖 8 KPE2851X 軟啟動(dòng)典型波形
06 高 PF 和低 THD
KPE2851X/KPE2852 在控制策略的設(shè)計(jì)上，即可保證理論上輸入阻抗為常數(shù)，PF=1。
如下圖所示為 600W Demo 板，KPE2851X/KPE2852 和競(jìng)品的對(duì)比測(cè)試數(shù)據(jù)。
圖 9 KPE2581X 與競(jìng)品對(duì)比 THD
圖 10 KPE2582 與競(jìng)品對(duì)比 THD
07 完備的保護(hù)功能
KPE2851X/KPE2852 集成完備的保護(hù)功能，如下表所示，提高了系統(tǒng)的可靠性。
表 2 KPE2851X 芯片保護(hù)功能列表
表 3 KPE2852 芯片保護(hù)功能列表
總 結(jié)
KPE2851X/KPE2852 適用于中大功率的 PFC 應(yīng)用場(chǎng)合 (300W~3000W)，有利于高功率密度，低成本的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。兩顆芯片都是采用平均電流模式控制，讓 PFC 工作在連續(xù)導(dǎo)通模式 (CCM)，在固定開關(guān)頻率下控制功率開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間，實(shí)現(xiàn)高 PF，低 THD 的功能。KPE2851X 適用于需要輸入欠壓保護(hù) (BOP) 功能的應(yīng)用場(chǎng)合，而 KPE2852 適用于頻率設(shè)定在典型頻率 (65kHz/133kHz/200kHz) 之外，且不需要 BOP 功能的應(yīng)用場(chǎng)合。兩顆芯片集成諸多優(yōu)良性能，如動(dòng)態(tài)性能優(yōu)化，打嗝模式，完備的保護(hù)功能等，幫助客戶輕松地設(shè)計(jì)出高性能，高可靠性的開關(guān)電源產(chǎn)品。
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