PFC 新品强势来袭 | KP2822 高性能双相交错并联 PFC 控制器
新品推出背景
PFC 工作在临界导通模式 (CRM) 具有诸多优点，如控制策略简单，环路易于稳定，功率开关管工作在零电流开通工况，开通损耗低且无需使用成本较高的快恢复二极管等，因此适用于 250W 以下的功率段的应用。而当功率等级进一步提高，单级 PFC 设计将变得愈加困难，CRM 运行的缺点（如峰值电流大，电流纹波大等）将愈加明显。
特别是一些对外形和体积有特殊要求的应用场合，如纤薄型液晶显示器，笔记本适配器，游戏主机等，单级 PFC 的电感体积大，散热难处理，空间布局困难。针对上述应用痛点，必易微推出高性能，双相交错并联，临界导通模式 PFC 控制器 KP2822，以提供大功率，高性能，低系统成本的 PFC 解决方案。
KP2822 典型系统框图
双相交错并联的优势
优势 1
输入电流纹波减小
双相 180° 错相运行，电感电流纹波相互抵消，故输入电流纹波显著减小。当驱动脉宽占空比为 0.5(VIN=VOUT/2) 时，输入电流纹波的理论值为 0A。
不同占空比下交错并联电流波形
优势 2
单路 Boost 电感尺寸减小，
功率器件热量分散
交错并联 PFC 的单路 Boost 电感所需储存的能量是单级 PFC 的 Boost 电感的一半，单路磁芯尺寸减半，同时单路 MOSFET 和续流二极管的电流应力是单级 PFC 的一半，有利于扁平化设计和空间布局的优化。
单级 PFC 与交错并联 PFC 的
单路电流应力对比
优势 3
输出电容纹波电流减小
以占空比 D>0.5 为例，如下图所示为续流电流(单级为续流二极管电流，交错并联为两个续流二极管电流之和)的波形，续流电流等于电容电流和负载电流之和。相同功率下，负载电流相同，而续流电流有效值减小，电容电流有效值减小，因此电容 ESR 带来的损耗减小，电容温升减小，提高了电容的寿命，电流应力减小，提高了系统的可靠性。
单级 PFC 和交错并联 PFC
的续流电流对比
KP2822 产品亮点
KP2822 内部集成严谨的双相交错时钟控制逻辑，在所有工况都能够可靠地实现两路相位相差 180° 的工作方式，从而实现上述交错并联结构的优势。
KP2822 芯片引脚图
除此之外，KP2822 还具有诸多优点，以实现高性能、可靠的 PFC 功能。
亮点 1
最大导通时间 TONMAX 可调
芯片 Rset 引脚的对地电阻，用于配置最大导通时间 TONMAX。根据功率等级，过载要求以及 Boost 电感量，用户可选择合适的电阻值。
不同阻值下芯片 TONMAX 参数表
亮点 2
输入线电压前馈，过载一致性好
芯片的 BOP 管脚通过电阻分压和滤波得到输入线电压的幅值，一方面可用于输入欠压保护 (BOP)，另一方面通过输入线电压前馈电路作用到驱动脉宽 TON 的闭环控制中，这样系统的传递函数及功率输出能力与输入线电压实现解耦，输出功率仅仅取决于 COMP 管脚电压的大小，过载一致性好。
过载功率随输入电压变化的曲线
亮点 3
PF 和 THD 优化
KP2822 采用闭环的控制算法，对驱动脉宽 TON 进行实时控制，在 CRM 和 DCM (断续导通模式)下都可实现输入电流的平均值(开关周期内)与输入电压的瞬时幅值成正比，从而理论上实现 PF=1 的目标，且 THD 很低。如下图所示为 300W Demo 板测试数据 (Rset=22kΩ，环路补偿参数为 Cp=620nF，Cz=2μF，Rz=33kΩ)。
300W Demo 不同输入电压下
全负载范围 PF 和 THD 数据
亮点 4
谷底导通功能
芯片通过 Boost 电感的辅助绕组电压来判断 Boost 电感是否消磁结束。当 Boost 电压退磁后，功率开关管的 DRAIN 管脚电压开始以整流后的输入电压 VIN 为中心振荡。KP2822 采用准谐振的工作模式，在 DRAIN 管脚电压振荡至谷底时再次导通，从而大幅降低系统的开关损耗。同时在不同频率下，谷底位置保持一致，也有利于 THD 的改善。
KP2822 谷底导通的原理和实验波形
亮点 5
降频工作点可调
当负载功率降低时，功率开关管的导通损耗降低，开关损耗占主导。为了提高轻载工况下系统的效率，常见的做法是降低开关频率以减小开关损耗。KP2822 的 FF 管脚可用于配置降频工作点，客户可根据应用需求，灵活地选择降频开始的功率。而当功率非常小或空载时，KP2822 通过打嗝模式进一步降低轻载损耗和待机损耗。
不同降频配置参数下的系统效率对比
亮点 6
集成动态加速功能
由于 PFC 系统的环路带宽较低(一般设计值低于 20Hz)，以抑制二倍工频纹波电压，以改善 THD。但对于轻载切重载的暂态工况，这会导致系统恢复时间长，或触发保护而系统宕机。KP2822 集成动态加速功能，当输出电压跌落超过阈值，芯片会给补偿网络快速充电，驱动脉宽大幅增加以迅速增加能量输出，系统得以快速恢复到额定输出电压。
亮点 7
输出过压保护点可调节
在系统开机时，或者负载从重载突然切换到轻载，由于 PFC 的环路带宽较低，故输出电压会有大幅超调，为了避免输出滤波电容承受过电压应力，KP2822 会通过输出过压保护将驱动关闭，同时根据系统规格要求，输出过压保护点可自由配置。
亮点 8
完备的保护功能
KP2822 集成完备的保护功能，如 VDD 过欠压保护，交流输入欠压保护，输出过压/欠压保护，启动冲击电流保护/过流限制，外部输入保护，过热保护，Rset 管脚开路保护等，提高了系统的可靠性。
芯片保护功能列表
KP2822 与友商同类产品
的性能对比
相对于在液晶显示器板卡电源上已广泛使用的友商同类产品 XX1631，KP2822 可以直接替换，且进一步提升了相关性能，如下表所示：
KP2822 和友商同类产品 XX1631
部分性能对比
特别是谷底导通功能，友商同类产品 XX1631 在消磁结束后 DRAIN 管脚电压振荡过程中，在输入电压幅值以下都可开通，而 KP2822 只允许在穿越输入电压的时刻开通，因此 KP2822 为严格的谷底导通，谷底位置一致性好，有效降低开关损耗，对 THD 也有改善作用。
KP2822 和友商同类产品 XX1631
谷底导通差异的波形
客户可直接使用 KP2822 替换友商同类产品 XX1631，无需改动 PCB，除了将第三脚 Rset 电阻取值为友商同类产品该电阻的 1.3 倍，其它 BOM 也无需修改，替换成本低，且性能有优化。
总结
KP2822 适用于中大功率的 PFC 应用场合，有利于高功率密度，扁平化的设计。芯片在任何工况都可实现两路 180° 错相运行，将交错并联的结构优势发挥得淋漓尽致。芯片集成诸多优良性能，如输入电压前馈补偿，精准的谷底导通，动态性能优化，轻载降频，打嗝模式，优化 CRM/DCM 控制算法，完备的保护功能等，帮助客户轻松地设计出高性能，高可靠性的开关电源产品。
同时芯片提供灵活的配置功能，如最大导通时间，输出过压点，输入欠压点，降频工作点，最高工作频率等，可满足各类应用场合的不同规格指标要求。客户可直接使用 KP2822 替换友商同类产品 XX1631，而只需修改一颗电阻即可。