电源设计更快更好，高效能图腾柱PFC应用须知

安森美 2023-06-26 19:00

【TI资料】专为高压系统设计的新型MCU 【应用手册】TI 全新MCU及C29内核的电动汽车应用方案

本文转自大大通

现今电源供应器市场为因应全球减碳活动，已经将效能目标设定为更高效率、减少损失、节省能源、降低成本、提高系统容量为主。安森美(onsemi)提出最新高效能Totem Pole(图腾柱) 结合全桥整流器之PFC IC NCP1680/1681设计方案，相较传统PFC之转换效率可以提升3%~4%，符合未来电源供应器之节省能源，降低成本，提高系统容量之诉求。加上NCP1680/1681快速的负载暂态补偿响应，以及高规格安规等级各式保护功能，特别是具有PFC-OK讯号供应后级电源时序控制，NCP1680/1681应用达到高效率，高功率因子，以及高稳定性PFC应用。

为何要选用图腾柱 PFC ？

以240W电源供应器设计为例，现行常用的传统PFC 级+LLC谐振DC-DC Convert的效率已经可以达到极致(97%+97%)，但主要功耗来自于桥式整流器(Bridge Diode)，约占18% (以240W输出功率计算)，而且桥式整流器需要散热器(Heak Sink)帮助降温，导致材料成本无法节省，如下图。

为了减少桥式整流器的损耗，可以将四颗二极体改用MOSFET取代，另外PFC 输出整流二极体亦可以改用MOSFET，以主动式IC控制M0SFET开关来达到降低二极体损耗，此一设计虽然可以降低损耗提升效率，但付出的代价是高昂的材料成本(低Rds_on 的MOSFET价格是Diode的数倍)。

3.仅需将几个元件换位及移除就可以改成图腾柱PFC 架构，一样可以达到降低损耗的效果，如下图。

4.无桥式整流器图腾柱 PFC 的电路仅需四个MOSFET 切换元件，其中靠近输入电源端定义为慢速臂(频率同输入电源50/60HZ)，靠近负载端(Bulk 电容)定义为快速臂

(65KHZ~100KHZ)，慢速臂可以用一般的Super Junction MOSFET，快速臂建议用第三代半导体(GaN or SiC) MOSFET，可以达到最佳的效率。

Totem Pole PFC动作说明

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以上便是针对安森美图腾柱PFC IC NCP1681/1680工作原理的说明，是否让您在设计初期对于图腾柱 PFC的工作原理有初步的概念了呢？事实上，随着各家电源供应器设计大厂陆续导入 NCP1680/1681 Totem Pole PFC 设计，有越来越多除错(Debug)的经验累积，接下来本文将会针对 NCP1680/1681 应用须知及除错经验分享，以利后进设计者能节省时间，更快上手。

NCP1681高功率图腾柱PFC控制器

NCP1681高功率图腾柱PFC控制器，主要为超高密度大功率离线电源，包括服务器电源、高性能计算机电源、通讯电源、工业电源和OLED电视电源等应用而推出。NCP1681专用于无桥图腾柱功率因数校正(TP PFC)拓扑结构，工作在通用电源输入电压(90 - 265 Vac)，将非数字类控制TP PFC设计的优势扩展到kW功率。满足具有挑战性的能效标准，如 “80Plus ”或 “CoC Tier 2”等在宽负载范围都需要达到高能效标准的应用场合提供有效解决方案，同时减少设计时间和成本，使方案能更快地交付给市场。在高压输入下，NCP1681 TP PFC方案的效率将达近99%。

一、PCB Layout 须知

二、Totem Pole PFC 开机建议步骤

1.先断开次级侧电路(DC-DC Converter)，单独测试PFC Stage ，Vcc 由外部直流电源供应器供电，AC 输入电压缓慢增加(限制输入电流)。

2.观察电感电流及输出电压波形，若有电流不平衡非Sinewave或目标电压达不到，要立刻关机检查。

3.慢慢加载(高压负载)，持续观察电感电流是否平衡？若有出现不平衡现象就要立刻关机检查。

三、波形量测及问题除错

因 PCB Layout 与 NCP1680/1681 开机成败有很密切的关系，文中PCB Layout Guide系累积许多失败经验整理而成，请务必遵循上述Layout Guide执行，可避免走很多冤枉路。另外，依据笔者经验，电感电流正弦波形是判定图腾柱PFC正常动作与否的观察重点，若有失真现象，务必找出问题再进行操作。

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