原创 升级到电压模式：新型CRM PFC控制器如何改进LED照明

作者：飞兆半导体 Alexander Craig

使用临界导通模式(critical conduction mode，CRM)功率因数校正(power factor correction，PFC)控制器的LED设计可以从升级中受益。虽然今天大多数CRM PFC控制器都使用电流模式(current mode，CM) 控制方法，但是使用电压模式(voltage mode，VM)的新型控制器是值得考虑的。它们能够降低功率损耗和噪声，提供特别适用于LED照明的特殊特性，并可作为CM控制器的直接(drop- in)替代产品。

图1给出了两种方法的电路设计示例。

图1. CRM PFC控制器的两种控制方法：左图 – 电流模式(CM)和右图 -电压模式(VM)

MOSFET开关的相关功率损耗

电流模式和电压模式之间的主要差异在于控制器决定关断功率MOSFET的时间。

在电流模式中，当电流感测电阻检测到电感电流达到所需要的参考电流时，就会关断MOSFET。电感电流是MOSFET的漏电流。参考电流是AC线路 电压的百分比值，其通过电阻分压器网路来感测，并经由乘法器引脚送到控制IC。感测电感电流和参考电流，再对两者进行比较，这会产生相当大的功率损耗。这 里必须有足够大的信号值来实施补偿和控制，并且过流保护电压需要大于信号电压，范围为1.2到1.4V之间。

在电压模式中，MOSFET漏电流仅用于过流保护和电感饱和保护。这意味着过流保护电压非常低，大约在0.8V左右。这使电流感测电阻中的功率损耗 减少25%到50%。 而且，从输入和输出感测电阻中，还会产生适度的节能。总体结果就是获得了更高的效率，尤其在低功率应用中更为显著。另外，适度优化阻抗可以为MOSFET 形成某种程度的准驻留开关(quasi-resident switching)。

补偿网路相关问题

电流模式和电压模式之间的另一个显著差异，就是补偿网路的布局。图1中，补偿网路由电容Ccomp来表示。

在电流模式中，Ccomp放置在误差放大器的输出和用于感测输出电压的电阻分压器之间。当电源接通时，在高阻抗输出感测电阻对Ccomp电荷产生影 响前，需要一定的时间和电流。这會造成过压状况。接通电源还会产生相当高的初始峰值电压，引起输出电压产生振铃现象。当首次开灯时，过压状况和输出振铃会 产生可闻噪声。

在电压模式中，Ccomp放置在误差放大器的输出和接地之间。在过压保护限制下，电流无需流向输出电压端，因为有一个节点连到接地(GND)，而另外的节点则连接至误差放大器的输出端，因而电路较少受到布局引发噪声的影响。

用于LED照明的特殊VM特性

FL7930C是 飞兆半导体新型VM PFC控制器之一，它包含了特别适用于LED照明的特殊特性。集成优化器改进了总体谐波失真(total harmonic distortion，THD)，同时省去了外部组件。这空余出来的外部引脚，可用作PFC就绪(PFC-ready)引脚。输出电压达到设定的总线电压 的89%时，通过告知下游DC/DC转换器，该引脚简化了上电次序(power sequencing)。

包含零过冲的软启动(soft-start)特性可以在AC线路电压瞬间中断时，确保安全运行和重新启动，从而保护电路，防止大电流浪涌或高压尖刺。同样地，通过降低大容量电容器上的电压应力，软启动还改进了可靠性。

直接替代产品

FL7930C的引脚输出与CM控制器(比如FAN7527B)相同，可以成为CM控制器的直接替代产品。FL7930C可在现有线路板上使用，无需改变布局，但这会失去使用引脚2的PFC就绪功能的能力。图2 显示了使线路板具有PFC就绪功能所需要的改动。

图2. 将CM线路板转换为支持PFC就绪功能的VM线路板

结论

在LED照明中， 关键因素是高效率、高功率因数(PF)、和低THD，而CM CRM PFC控制器是常见的驱动器选择。升级到VM CRM PFC控制器可提供更好的设计，实现更小的功率损耗、更低的噪声、更好的THD水平、更简单的上电次序以及更安全的运作。飞兆半导体的直接替代产品正好提 供了简单升级方法。