前线“芯”思路丨适配于氮化镓开关器件的高频小体积照明电源方案

安森美 2023-09-19 19:00

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随着物联网，尤其是智能照明和智能家居的发展，高效高性能的小体积电源越来越被市场所需求。如何能在电源体积做得更小的情况下，依然能够保证最好的性能？安森美(onsemi)提供基于NCL2801+NCP13992的一整套你所需要的方案：适配于氮化镓 (GaN) 开关器件，工作于高频开关频率场合下的小体积PFC & LLC方案。

NCL2801是安森美开关电源方案中PFC控制芯片家族的一员。内置谷底计数频率返走（VCFF）、谷底开通等技术，提供优秀的总谐波失真（THD）以及功率因数（PF）值表现。适用于LED照明、PC电源以及平板电视等要求高PF值、低THD的应用场合。
NCP13992作为安森美LLC谐振半桥控制器家族的一员，在NCP1399优异表现的基础上，创新的增加了轻载工作模式（LL mode）,Quiet SKIP模式，显著提升了轻载情况下整机的效率，并且有效抑制了打嗝模式下的噪声问题。

产品方案简介

1. 方案特点：

使用临界模式的电流型PFC控制器NCL2801，内部集成谷底开通技术，在具备优良的THD和PF值性能基础上，还拥有优秀的效率表现；
使用业内知名的电流型LLC拓扑结构驱动芯片NCP13992,在实现高频开关工作的基础上，实现电源的小型化，并且具备优秀的效率表现；
简易的外部线路，有利于简化PCB布板工作；
LLC满载工作频率300KHz左右，完美适配目前市场火热的GaN产品，实现LLC部分高频化设计；
完善的保护：过温保护（OTP）,过压保护（OVP）,过流保护（OCP）等；
NCP13992在轻载情况下进入轻载（LL）模式以及跳周期（SKIP）模式，使整机拥有优秀的轻载效率以及待机功耗表现；

2. 应用领域：

高PF值，低THD等应用场合，比如LED照明行业；
高效率，高工作频率，高功率密度要求应用场合AC-DC开关电源；

方案应用实例

1. 方案实物图：

2. 典型应用原理图以及线路介绍：

PFC部分使用安森美的NCL2801产品，SOIC-8封装，外围线路简单。FB脚为输出电压采样信号输入端，作为反馈信号输入端的同时还有输出电压OVP功能保护。MULT脚外置电阻分压，采样输入AC电压，用于判定输入电压范围以及设置BO功能保护。在设计过程中，还需要注意CS脚外部电阻（R10）的取值：R10阻值固定为4档，分别是100Ω，330Ω，620Ω以及1000Ω。R10的取值大小决定了负载大小变化时，MOS管开关过程中的第一个固定跳变CTRL脚的电压大小，R10取值越大，第一个谷底跳变时的负载就越大。我们推荐使用100Ω或者330Ω电阻，在拥有较好THD表现的同时，也有较好的效率表现。

LLC部分使用安森美的NCP13992产品，SOIC-16封装。作为电流型控制的LLC控制器，拥有快速的反馈环反应速度，具有优秀的动态响应表现。NCP13992内置高压启动脚HV脚，可以耐受最大600V的启动电压。PFCFB脚内部内置1V电压基准，检测PFC部分电压，用于设置LLC电路的启动电压点。SKIP脚内置50uA恒流源，外置对地电阻产生电压与FB电压对比，用于设置NCP13992进入SKIP模式的负载点。LLCCS脚内置4.35V（版本不同会有差异）基准，通过外部电容分压（C15,C25,C26以及R30）检测谐振电容上电压，用于实现原边谐振腔电流大小检测以及OCP保护。PFCMODE脚为电压输出端，当VCC电压高于Vcc_on之后，PFCMODE会有一个稳定的电压输出（正常工作状态时为12V左右）。该电压可以用于给PFC部分控制器VCC脚供电。

3. 优秀的待机功耗和效率表现：

待机功耗vs输入电压

效率曲线

4. 优秀的PF值表现：

不同负载下的PF值

不同负载下的THD

方案应用总结

作为在市场经过验证的PFC和LLC控制器，NCL2801和NCP13992以其优秀的表现赢得了非常多电源工程师的认可和喜欢。在驱动GaN器件的高频化应用场景中，NCL2801和NCP13992仍然具有非常优秀的表现：稳定，高效的基础上，还具有完善的保护，优秀的THD，PF值和待机功耗等表现。因此，作为适配于GaN开关器件的高频小体积照明方案，NCL2801和NCP13992也一定会受到大家的欢迎。