NCP1654 — 02 内部框图与工作原理
依据:NCP1654/D Rev.7 §7(框图)、§8(详细工作描述,式 1~23 全部出自此节,全译见 01_规格书全译 §8)。所有代入数值基于 DS 图 48 的 300 W/65 kHz 参考设计(η = 0.95 为本库工作假设,标注“本库复算”处为推导值)。
本篇总结
- NCP1654 的控制核心要点:倍乘器+除法器是一台“模拟求解器”,每个开关周期解一次方程,强制变换器输入端呈现纯电阻(V_in ∝ I_L),PF→1;电压环只负责微调方程里的“功率指令”项。
- 与经典 UC3854 式平均电流模式的最大区别:没有电流环误差放大器、不需要斜坡补偿——电流信息经乘法器前馈直接变成占空比,结构少一半、CCM 高占空比下的次谐波振荡问题从根上不存在(推断自架构,DS 未讨论此点)。
- 峰值/平均电流模式的切换被降格为一颗电容:VM 脚接 C_M → 平均电流模式;不接 → 峰值电流模式(DS §8.2.2 原文口径)。
- R_M 定最大输入功率(P ∝ 1/R_M,DS 式 15)、V_bo 定线电压前馈(V_bo ∝ V_ac,rms)——两个电阻网络把“功率多大、电从多高来”两个自由度完全交给设计者。
- 输出电压上有一个四电平体系:95%·V_REF(DRE 加速)→ 100%(调节)→ 105%(OVP 关驱动,500 ns)→ 8%/12%(UVP 关断/恢复)——低带宽环路的三个天敌(跌落、过冲、开环)各有专人处理。
- 保护分两类机理:限值型(OCP 逐周期 200 µA、OPL 200 µVA 恒 VA、Brown-out 1.3/0.7 V、TSD 150 °C)与状态型(UVP 开环判 8%、FB 接地待机)——OPL 与 OCP 的区别是“防过载失控”与“防短路”之别。
- 跟随升压不是“卖点模式”而是 R_M 选型的自然结果:V_c 顶到 3.6 V 饱和后,V_out 只能随 V_ac/P_out 滑落(DS 式 18);收益是低线时母线电压低、管子与磁件应力小。
- CCM 的物理代价是升压二极管硬换流反向恢复:本库复算 90 VAC/300 W 峰值处 CCM 峰值电流 5.98 A,CrM 同点要 9.92 A——应力核算 CCM 大胜,但要付出 Qrr 损耗与快管钱。
1. Overview:一张图看懂信号流

按信号流走读图 1(右侧 DRV 为终点,从三个感知源出发):
- 电流源:R_SENSE 上的压降经 R_CS 变成电流 I_cs 进入 CS 脚(虚拟地),内部电流镜像复制三份 → 倍乘器、OPL 乘法器、OCP 比较器。
- 电压源:FB 脚的 V_fb(= V_out 分压)→ OTA 与 2.5 V 基准比较 → 误差电流给 Vcontrol 脚的 type-2 补偿网络充电 → V_control 成为“功率指令”;V_fb 同时被 95%/105%/8%/12% 四只比较器旁听。
- 线电压源:BO 脚的 V_bo(∝ V_ac 平均)→ Brown-out 比较器(守门)+ 倍乘器/OPL(前馈与计功率)。
- 执行:倍乘器按 I_m = I_cs·V_bo/[4·(V_control−V_control(min))] 算出 I_m,在外部 R_M 上落成 V_m;PWM 调制器让斜坡(I_ch 给 C_ramp 恒流充电,I_ch = C_ramp·V_REF/T,DS 式 5)从 V_m 起步、到 V_REF 翻转——V_m 越低占空比越大;PWM 锁存输出经 Output Buffer 到 DRV。
- 封波:OVP/OCP/OPL/BO/UVP/TSD/UVLO 任何一路触发,Fault 逻辑立即拉低驱动;软启动与 DRE 通过 Vcontrol 节点注入/抽出电流工作。
这个架构的妙处:三个感知量在“模拟域”完成乘除运算后才进入 PWM,调制器本身没有任何误差放大——它只是把计算结果“翻译”成占空比。理解了这一点,式 1~23 全部公式就都有了主线。
2. CCM PFC 升压与“电阻仿真”方法论(式 1~7)
2.1 升压级的两个时间(式 1~3)
CCM 下每个开关周期 T 分为导通相 t1 与续流相 t2,DS 式 1 给出电压转换比:
$$\frac{V_{out}}{V_{in}} = \frac{T}{T-t_1} \;\Rightarrow\; V_{in} = \frac{T-t_1}{T}\,V_{out} \qquad \text{(式 1)}$$
代入(本库复算):90 VAC 低线峰值处 V_in = 127.3 V、V_out = 390 V → (T−t1)/T = 0.326,即占空比 D = t1/T = 67.4%。同一时刻 CrM 方案也工作在 67% 占空比,但电流峰峰值是平均值的 2 倍;CCM 用 650 µH 电感把纹波压到 ±20%(见 2.3)。
式 2 说明经 EMI 滤波与小容量 C_filter 吸收开关纹波后,输入电流 = 电感电流的 50 Hz 分量(记号 I_L−50 的“−50”是下标,指 50 Hz 带宽分量,非减法);式 3 顺势定义输入阻抗:
$$Z_{in} = \frac{V_{in}}{I_{in}} = \frac{T-t_1}{T}\cdot\frac{V_{out}}{I_{L-50}} \qquad \text{(式 3)}$$
核心思想:PFC = 让 Z_in 在 50/60 Hz 带宽内是常数。Z_in 恒定 → I_in ∝ V_in → 输入端是一只纯电阻。
2.2 占空比怎么“现场计算”(式 4~7,图 33)

图 33 的调制方式:每个周期时钟置位锁存、DRV 拉高;I_ch 给 C_ramp 恒流充电,斜坡从 V_m 出发向上爬,碰到 V_REF 的瞬间复位锁存、DRV 拉低(式 4~6):
$$V_{ramp} = V_m + \frac{I_{ch}\,t_1}{C_{ramp}} = V_{REF},\qquad I_{ch} = \frac{C_{ramp}V_{REF}}{T} \;\Rightarrow\; V_m = V_{REF}\,\frac{T-t_1}{T} \qquad \text{(式 4~6)}$$
把它代回式 3,奇迹发生:
$$Z_{in} = \frac{V_m}{V_{REF}}\cdot\frac{V_{out}}{I_{L-50}} \qquad \text{(式 7)}$$
V_REF 与 V_out 是常数 → 只要让 V_m ∝ I_L−50,Z_in 就自动恒定。于是问题收编为要点:造一个正比于电感电流的电压 V_m。倍乘器(§3)就是这台“造压机器”。
为什么这个架构没有次谐波振荡之忧(推断):传统峰值电流模式在 CCM、D > 50% 时需要斜坡补偿;本架构中 V_m 是被滤波后的“平均包络”而非周期性电流阈值,斜坡本身就是同步锯齿,占空比由低频计算结果决定——不存在“电流阈值与扰动正反馈”的机制。DS 未讨论此点,属架构层面推断。
2.3 CCM 的应力核算(本库复算)
90 VAC 满载(P_out = 300 W,η = 0.95):I_ac,rms = 316/90 = 3.51 A,包络峰值 I_p = 4.96 A。65 kHz、650 µH(图 48)下 crest 处纹波 ΔI = V_in·D/(L·f_sw) = 127.3×0.674/42.25 = 2.03 A(峰峰值 41%),电流峰值 I_pk = 5.98 A。
- vs CrM:同点 CrM 峰值电流 = 2×I_p = 9.92 A——CCM 削掉 40%。导通损耗 ∝ I_rms²、磁通摆幅 ∝ ΔI,中大功率下这一核算结果决定电感体积与 MOSFET 选型。
- 代价:CCM 中关断瞬间二极管电流不为零,Q1 下一次开通时 D1 的 Qrr 被“硬泄”,产生电流尖峰 + EMI + 开通损耗。这就是 DS 图 48 选超快恢复管 MSR860G(600 V/8 A,参数以器件手册为准)的原因,也是 CCM 方案功率上限的物理根源(更大功率 → 建议看图腾柱+宽禁带,NCP1681 路线)。 | 指标(90 VAC 满载 crest,本库复算) | CCM(图 48 参数) | CrM 同点 | 胜者 | |---|---|---|---| | 电流峰值 I_pk | 5.98 A | 9.92 A(= 2×I_p) | CCM(−40%) | | 电流 RMS(含纹波) | ≈5.0 A | ≈5.7 A(三角波 2I_p/√3) | CCM(−12%) | | 磁芯ΔB 摆幅 | ∝ΔI = 2.03 A | ∝2I_p = 9.92 A | CCM(磁件显著小) | | 二极管换流 | 硬换流,Qrr 全额泄放 | 零电流自然关断,无 Qrr | CrM | | 开关频率 | 恒 65 kHz | 随线/负载漂(约 65→150 kHz+) | CCM(EMI 固定谱) | | 轻载表现 | 过零畸变、固定损耗占比大 | 谷底开通效率高、可频率折返(NCP1622) | CrM |
结论的物理表述:CCM 用“二极管反向恢复”这一项固定代价,换来了峰值/磁通/RMS 三项应力的下降——功率越大收益越大,这就是 CCM 适合中大功率、CrM 适合中小功率的完整核算逻辑(对应 04 篇陷阱 2 与横评)。
- 轻载滑出 CCM:90 VAC 时 crest 处 CCM 边界约在 61 W(≈20% 负载,本库复算)以下;264 VAC 满载时仅 crest 附近 V_in > 241 V 才 CCM,大半周期自然进入 DCM——平均电流调制对此无缝兼容,属正常工作(高线 DCM 化还略微改善轻载效率,业界经验)。
3. 倍乘器+除法器:把“PFC 方程”做成模拟电路(式 8)
DS 式 8 是全片的核心公式:
$$V_m = \frac{R_M\,I_{cs}\,V_{bo}}{4\,(V_{control}-V_{CONTROL(min)})} \qquad \text{(式 8)}$$
逐项物理含义(动机→机理→权衡→设计含义):
- I_cs ∝ I_L(瞬时):电流信息。乘在分子上 → V_m 跟着电流包络走 → 结合式 7,Z_in 恒定的原料。
- V_bo ∝ V_ac,rms(平均):线电压前馈。低线时 V_bo 小 → 同样电流下 V_m 更小 → 占空比更大——这自动补偿了低线时“每伏特需要更多安培”的事实,且让 Z_in ∝ V_ac(式 14),功率自然 ∝ (V_c−V_c(min))·V_ac/V_out(式 15)。
- (V_control−0.6 V) 在分母:电压环的功率指令。“除法”是其中的关键设计——它把环路方程线性化:P_out ∝ (V_c−0.6 V)(见式 15/16),电压环面对的增益不随工作点漂移,一个 20 Hz 的 type-2 就能稳定收敛。没有除法器的老式乘法器方案(如 UC3854 系)只能依靠前馈稳压项近似补偿。
- 常数 4:内部电流镜/分压网络的定标增益。用 DS 特性表 §6.8 的四个工作点可直接验证:I_M4 = 75 µA×0.9 V/(4×0.2 V) = 84.4 µA ✔;I_M1 = 25 µA×0.9/(4×3.0) = 1.9 µA ✔(V_c(max) − V_c(min) = 3.0 V)。表值即公式,公式即表值。
数字走一遍(本库复算,图 48 取值):90 VAC 满载 crest 处 I_cs = 4.96 A×27.8 µA/A = 138 µA,V_bo = 1.00 V。需要占空比 67.4% → V_m = 2.5×(1−0.674) = 0.815 V → I_M = V_m/R_M = 17.3 µA → 反推 V_c−0.6 = 138 µ×1.0/(4×17.3 µ) = 1.99 V → V_c = 2.59 V。264 VAC 满载同法:V_c = 1.28 V——线电压翻 2.9 倍,功率指令自动缩 2.9 倍,这就是前馈的含义:电压环几乎不用动。
峰值 vs 平均电流模式的一颗电容(DS §8.2.2 原文口径):V_m 本身携带 I_cs 的开关纹波(图 33 中“V_M without Filtering”虚线),直接用 = 峰值电流模式(占空比逐周期受纹波干扰);VM 脚接 C_M 滤掉高频分量(图 48:1 nF,f = 3.4 kHz,对 65 kHz 衰减 ≈19 倍)= 平均电流模式(实线),PFC 精度更佳。
3.1 对照经典架构:UC3854 式 vs NCP1654 式(本库按公开架构整理,供建立坐标系)
| 维度 | UC3854 式平均电流模式 | NCP1654 乘法器+除法器前馈 |
|---|---|---|
| 电流环 | 独立误差放大器:I_cs vs 乘法器基准逐周期比较 | 无电流环——乘法器输出直接定占空比 |
| 斜坡补偿 | CCM、D > 50% 必需 | 不需要(无电流阈值正反馈机制,推断) |
| 除法器 | 无(乘法器输出含 V_ac² 项,需前馈稳压补偿) | 有(除以 V_c−0.6 V,功率指令线性化) |
| 外围补偿 | 电流环 + 电压环两套网络 | 仅电压环一套(type-2 @ <20 Hz) |
| 占空比上限 | 由电流环动态决定 | 97% 硬钳位(DS §6.5) |
| 代价 | 电流环快、THD 好 | 少一半元件;THD 依赖 V_m 滤波与前馈精度 |
这张表解释了 DS“外部元件最少”的依据:把电流环“算”进了乘法器。代价是电流整形精度不再有误差放大器作为后备——C_M、C_filter、V_bo 标定三个环节任何一个失准都直接进 THD(对应 04 篇陷阱 1/4/10)。
4. 三个感知信号的设计学
4.1 BO 脚:平均值检测(式 9/10,21/22)
$$V_{bo} = K_{BO}\,\langle V_{in}\rangle = K_{BO}\,\frac{2\sqrt{2}}{\pi}V_{ac} = K_{BO}\times 0.9003\times V_{ac} \qquad \text{(式 9/22)},\quad K_{BO} = \frac{R_{boL}}{R_{boU}+R_{boL}} \qquad \text{(式 10)}$$
微妙之处:器件工作前后 V_bo 的“标尺”不一样。未启动时 C_BO 经分压充到整流电压的峰值(式 21:V_bo = K_BO·√2·V_ac);运行中 C_BO 把 100 Hz 纹波滤平,V_bo 只等于平均值(式 22:×0.9003)。两个标尺之比 √2/0.9003 = π/2 ≈ 1.57——同一段分压电阻,“够不够启动”按 1.57 倍电压判,“要不要掉电”按 1 倍判,等效于把迟滞放大了 57%(本库复算,图 48 取值:起动 ≈74 VAC、掉电 ≈63 VAC)。DS 据此提醒“需要较大迟滞”,特性表给 V_BOH 1.30/V_BOL 0.70 V。
4.2 电流检测:虚拟地方案(式 11)
$$I_{cs} = \frac{R_{SENSE}}{R_{CS}}\,I_L \qquad \text{(式 11)}$$
IC 把 CS 脚钳在 0 V,R_SENSE 电压除以 R_CS 得到检测电流。与“电压采样+滤波”的老方案相比:少一颗滤波电容、无滤波延迟(OCP 即时性)、R_SENSE 取值自由(式 11 是比值,功率定标不动)。注意 R_SENSE 同时检测浪涌电流(DS §8.2.14),启动时它直接作用于 OCP 判据。
4.3 V_control 滤波:带宽分离(式 12~14)
$$\frac{V_{control}}{V_{out}} = \frac{R_{fbL}\,G_{EA}\,R_Z}{R_{fbL}+R_{fbU}}\cdot\frac{1+sR_ZC_Z}{sR_ZC_Z\,(1+sR_ZC_P)} \qquad \text{(式 12)}$$
带宽分离是 PFC 控制的第一设计律:电流整形在每个开关周期内完成(乘法器前馈,无环路),电压环只管“指令”且必须慢于 20 Hz(DS 建议),否则 100 Hz 输出纹波混入功率指令 → 电流包络被二次调制 → THD 恶化。式 12 是教科书 type-2:图 48 取值下零点 6.0 Hz、极点 60.3 Hz(本库复算),6~60 Hz 区间呈 −20 dB/dec 积分特性,穿越频率落在 20 Hz 档。权衡:环路越慢 PF 越好、但负载突变动越慢——于是 DRE(§7)作为“故障发生时的快速响应通道”属标配而非补救措施。
式 13/14 把式 7~11 串成完整输入阻抗(V_ac 项约掉后):
$$Z_{in} = \frac{\sqrt{2}\,R_M R_{SENSE} V_{out} K_{BO}}{2\pi\,R_{CS}\,(V_{control}-V_{CONTROL(min)})\,V_{REF}}\cdot V_{ac} \qquad \text{(式 14,本库重排)}$$
式 13 是含瞬时 I_L 的中间形态、式 14 是令 I_L = I_L−50 后的工程形式——两式的差别本身就是一条设计纪律:C_M 与 C_filter 必须“能力匹配”(DS §8.2.6 原话),滤波不匹配时 I_cs ≠ I_L−50,式 14 的“恒阻抗”结论失真,PF 劣化。
读法:Z_in ∝ V_ac·(1/R_M)·1/(V_c−0.6)——三个设计量各司其职:R_M 定阻抗基准,V_c 由环路微调,V_ac 是前馈。
4.4 定频三档的选择学(65/133/200 kHz)
同一架构三个频率版本(DS §6.6:58~72 / 120~146 / 180~220 kHz),这是 onsemi 把“EMI vs 体积”的决策做成订购选项:65 kHz 落在 CISPR 150 kHz 下限之下、基波与谐波谱位固定、超结 MOSFET 开关损耗可忽略——中大功率与 EMI 认证友好(DS §8.1“定频使 EMI 合规变得容易”原话);133/200 kHz 电感体积按 L×f 近似反比缩小(650 µH→约 318/212 µH 同纹波),代价是 Qrr 损耗与磁芯损耗随 f 线性涨、EMI 滤波器要按更高基频设计。频率批差 ±11%(58~72 kHz)要求 EMI 滤波器与磁损核算按 58 kHz 最坏点进行(本库按特性表推的设计口径)。
5. 功率方程与跟随升压(式 15~18)
由 Z_in 直接得到功率方程(式 15/16):
$$P_{in} = \frac{V_{ac}^2}{Z_{in}} \propto \frac{(V_{control}-V_{CONTROL(min)})\,V_{ac}}{V_{out}},\qquad P_{out} = \eta\,P_{in} \qquad \text{(式 15/16)}$$
代入(本库复算,图 48 取值,V_c 达到最大 3.6 V 时):P_in,max = 2π·R_CS·ΔV_c·V_REF·V_ac/(√2·R_M·R_SENSE·V_out·K_BO) = 5.30×V_ac。即 90 VAC 时输入功率上限 477 W(≈453 W 输出 @η0.95),230 VAC 时 1219 W——这就是“R_M 直接限定最大输入功率能力”的定量版本(DS §8.2.3 原话)。低线段功率上限由 V_c 饱和决定;高线段则先触及 OPL 的恒 VA 上限(§12,≈648 VA),交叉点约 122 VAC(本库复算)。
跟随升压(式 17/18)
当负载重到 V_c 被钳死在 3.6 V,式 16 无解,V_out 只能降低:
$$V_{out} = \eta\,\frac{2\pi R_{CS}\,\Delta V_{CONTROL}\,V_{REF}}{\sqrt{2}\,R_M R_{SENSE}\,K_{BO}}\cdot\frac{V_{ac}}{P_{out}} \approx \frac{1964\times V_{ac}}{P_{out}}\ (\text{V,图 48 取值,本库复算})$$
例:90 VAC 下若强行输出 600 W,V_out 滑落到 ≈295 V——输出电压跟随输入幅度与功率滑落,即“跟随升压”。收益(DS §8.2.8):V_out 降 → 占空比低 → 导通时间短 → 电感与 MOSFET 损耗小 → 可选更便宜的管子和磁芯。代价:后级(DC-DC)输入范围变宽;且 DS §8.2.19 明文:此模式禁止从 PFC 电感辅助绕组取 VCC(绕组电压不再恒定)。不想要跟随升压?把 R_M 取小(功率上限抬高到永远够不着)即可——同一颗芯片,两种模式,只由 R_M 决定(DS §8.2.3)。
6. 基准与输出反馈:四电平体系(式 19)
$$V_{out} = V_{REF}\,\frac{R_{fbU}+R_{fbL}}{R_{fbL}} = 2.5\times\frac{3.6M+23.2k}{23.2k} = 390.3\ \text{V} \qquad \text{(式 19,图 48 取值)}$$
V_fb 这一个信号上叠着四道阈值(全部按 V_REF 百分比标定,390 V 系统的绝对值为本库换算):
| 电平 | 阈值 | 390 V 系统 | 动作 |
|---|---|---|---|
| UVP 关断 | <8%·V_REF(4~12%) | 31.2 V | 关断进低功耗(≤400 µA),开环后备保护 |
| UVP 恢复 | >12%·V_REF(6~18%) | 46.8 V | 迟滞 4%,防临界抖动 |
| DRE 触发 | <95%·V_REF(94~96%) | 370.5 V | 注入 228 µA 加速电压环 |
| 调节点 | 100%·V_REF | 390 V | OTA 正常调节 |
| OVP | >105%·V_REF(103~107%) | 409.5 V(最坏 417.3 V) | 500 ns 内关驱动,回落自动恢复 |
设计含义:OVP 顶 = 417.3 V(max 阈值)决定母线电容/后级最低耐压(图 48 用 450 V 电容,余量 ≈8%);UVP 底 = 46.8 V(max 恢复值)决定“反馈断裂时母线电压的下限”——两端的最坏值都要记入选型表。DS 强调:因调节带宽低,OVP + DRE 并非可选的附加功能,而是“让 390 V 标称、450 V 耐压”这种经济选型成立的前提(DS §8.2.11:可选更低耐压母线电容)。
7. OVP + DRE:过冲与跌落的成对对策
- OVP(过冲侧):V_fb > 105%·V_REF → 驱动 500 ns 内拉低(T_OVP),开关停、能量停止泵入;V_fb 回落后自动恢复。触发期间占空比被整体禁止,属“即触即停即回”型。
- DRE(跌落侧):V_fb < 95%·V_REF → 内部 200 µA 增强电流源(特性表 I_BOOST = 228 µA typ,190~260 µA)向 Vcontrol 补偿网络快速注入,V_c 以约 8 倍于 OTA 本体(±28 µA)的速度抬升,占空比立即开大。负载突增时它把“电压环 20 Hz 的反应速度”提升到毫秒级。DS 图 41 给出 Vcontrol 脚电流对 V_fb 的完整特性:V_fb 高于 105%·V_REF 时驱动被禁止(OVP 区),95%~105% 区间只有 OTA 的 ±28 µA 常规工作电流,跌破 95% 瞬间电流阶跃到 228 µA——一条曲线画全了“调节/DRE/OVP”三区,是理解该脚功能的完整资料。
- 为什么 DRE 作用于 V_c 而不是直接加占空比(机理推断):注入补偿网络 = 给积分器加速度,占空比沿既定控制律增大,电流整形律不被破坏——如果直接抬占空比,电流包络瞬间脱离正弦轨迹,PF 会瞬时恶化。
- 对比库内 NCP1622 的 DRE(00_总览):1622 触发点 95.5%、注入 220 µA typ、宣称等效环路增益 ×10——同族同思路,触发点与标定口径略有差异;NCP1654 的 95%/228 µA 与 500 ns OVP 一快一慢互补。
- 机理提醒(推断):DRE 只在输出深度跌落时介入,若负载持续超载,V_c 会升至 3.6 V 饱和 → 进入跟随升压或触及 OPL——DRE 不改变功率上限。
8. 软启动:借 OTA 的 28 µA 慢慢充(DS §8.2.12)
V_c < V_control(min)(0.6 V typ)时占空比为零——这个特性被直接用作软启动执行器。从 UVLO/Brown-out/UVP 恢复时:DRE 的 200 µA 源保持关断,只剩 OTA 的 28 µA(typ)给补偿电容缓慢充电 → V_c 缓慢升过 0.6 V → 占空比从 0 缓升 → 电感电流与母线电压逐渐建立,MOSFET 电压/电流应力受控。权衡(本库按机理分析):软启动时长由 C_Z/C_P 与 28 µA 决定(图 48:C_Z+C_P ≈ 2.42 µF → dV/dt ≈ 28 µA/2.42 µF ≈ 11.6 mV/ms,从 0 到 3 V 约 0.26 s 量级——推断,未含放电与初始条件);软启动期间若发生 Brown-out/UVP,V_c 被重新拉低,恢复即重来。
9. UVP:开环保护 + 待机开关(DS §8.2.13)
V_fb < 8%·V_REF 判定“输出没建立/反馈断了”→ 关断,功耗 <400 µA;V_fb > 12% 自动恢复。正常升压拓扑中 V_out ≫ V_in,V_fb 不可能低到 8%——触发即意味着异常:R_fbU 开路、FB 对地短路、接触不良。第二个用途是官方待机手段:把 FB 接地,PFC 整级静默,IC 只剩 400 µA 维持电流,后级待机损耗主导。权衡:UVP 是自动恢复型(非锁存),若故障是间歇接触不良,系统会“停机-恢复-再停机”循环——排障时注意这是特性不是故障(04 篇陷阱 9)。
10. OCP:逐周期限流 + 开通互锁(式 20,DS §8.2.15)
$$I_{L(OCP)} = \frac{R_{CS}}{R_{SENSE}}\times 200\ \mu A = \frac{3.6k}{0.1}\times 200\ \mu A = 7.2\ \text{A} \qquad \text{(式 20,图 48 取值)}$$
两级动作:①达到阈值→当拍关断驱动;②电流未回落到阈值以下之前,禁止任何一次重新开通(DS §8.1“最大电流限制”原话)。第二级常被忽略却最关键:启动浪涌给 C_bulk 充电、或电感饱和时,电流若只“关一拍再开一拍”会逐周期攀升;开通互锁使 overload 时开关频率自然折返,电流被真正钳住。恢复是自动的(电流低于阈值即恢复),因此 OCP 属“逐周期”而非锁存型。判据离散 ±7.5%(185~215 µA)→ 7.2 A 的实际窗口 6.66~7.74 A,选管/选磁芯按 7.74 A 核(本库复算)。
11. Brown-out:低线的禁用条件(式 21/22)
V_bo < V_BOL(0.7 V typ)→ 驱动封低,直到 V_bo > V_BOH(1.3 V typ)才允许开通;从关断态唤醒后默认阈值是 V_BOH(DS §8.2.17)。物理机理:低输入电压下维持同功率需要成比例更大的电流——90 VAC 尚可(设计点),60 VAC 时 I_p 已超 OCP、磁芯饱和、MOSFET 过热,禁止工作是唯一合理选择。为什么迟滞要大:启动判定按峰值标尺(式 21)而运行判定按平均值标尺(式 22),1.57 倍的标尺差天然拉宽了等效迟滞(§4.1);DS 表给 0.6 V 比较器迟滞(1.30−0.70),正文“0.7 V 迟滞”的表述与表不一致——以表为准(全译译注已标记)。注意 BO 与 UVLO 的唤醒优先级:任一条件不满足都保持封波。
12. OPL:恒定 VA 上限(式 23,DS §8.2.18)
$$I_{cs}V_{bo} > 200\ \mu VA \Rightarrow \text{关驱动};\qquad I_L\cdot V_{ac} < \frac{R_{CS}\,\pi}{R_{SENSE}\,K_{BO}}\times 50\sqrt{2}\ \mu VA \qquad \text{(式 23)}$$
它防的不是短路,是过载与失控。I_cs 代表电流、V_bo 代表线电压有效值,两者乘积就是一张“模拟功率表”:乘积超 200 µVA(typ)即封波,低于即自动解除。因为 V_bo ∝ V_ac,阈值在电流轴上随线滑动(高线时更小的电流即触发),但在功率轴上是常数——这正是“第二重 OCP”(DS 原话)的物理内容。
代入(本库复算,图 48 取值):I_L·V_ac < (3600×π/(0.1×0.01235))×70.7 µVA ≈ 648 VA——约 2 倍额定输入的恒 VA 上限。特性表的两个“过功率电流阈值”其实就是这条判据在两个 V_bo 点的读数:I_CS(OPL1) = 200/0.9 = 222 µA(表值 222 typ ✔)、I_CS(OPL2) = 200/2.67 = 74.9 µA(表值 75 typ ✔)——两张表互相印证,判据唯一。
余量核算要点(推断,04 篇展开):OPL/OCP 看的是未滤波瞬时 I_cs——90 VAC 满载 crest 处 I_pk = 5.98 A → I_cs 峰值 = 166 µA,乘 V_bo = 1.00 V 得 166 µVA,对 200 µVA 只剩 17% 余量;只按平均值 138 µVA 核余量会得出虚高的 45%。纹波比加大或效率劣化都会消耗这块余量。
13. 偏置、UVLO、热关断与驱动级
- UVLO(§8.2.20):V_CC > 10.5 V(typ,9.6~11.4)解除封锁、< 9.0 V(8.25~9.75)关断,迟滞 1.5 V typ。启动前 I_STUP ≤75 µA(max)——启动电阻方案的设计预算;工作态 I_CC1/I_CC2 = 3.7/4.7 mA(typ)。启动后 V_CC 工作窗 9~20 V,瞬态耐 25 V(<10 ms)。
- 热关断(§8.2.21):T_J > 150 °C(min 值)封驱动,降至约 120 °C(30 °C typ 迟滞)恢复。RθJA = 178 °C/W(SO-8)意味着芯片每耗 1 W 结温升 178 °C——驱动大栅荷管时 I_CC 与驱动损耗都要计入热预算。
- 驱动级(§8.1 输出级):±1.5 A 图腾柱,9 Ω/6.6 Ω 内阻,60/40 ns 边沿(@2.2 nF)。对超结 MOSFET(图 48:SPP20N60S5,参数以器件手册为准),开通边沿质量直接影响与 D1 反向恢复叠加的 EMI 尖峰(04 篇陷阱 2);关断灌位内阻 6.6 Ω 偏强,配合米勒效应要留意栅极振铃(04 篇陷阱 11)。
- 关断偏置块(图 1 Off Bias Block):UVLO/待机态下为基准与比较器维持供电——这是 ≤75 µA 启动、≤400 µA 关断指标能成立的电路基础(DS 框图口径)。
- 供电去耦(§8.2.19):VCC 脚旁 1~100 nF 陶瓷电容为 DS 建议值;图 48 的 0.1 µF(C9)+ 22 µF(C8)组合即按此搭配。
14. Device Functional Modes(工作模式速查)
| 模式 | 进入条件 | 行为 | 退出条件 |
|---|---|---|---|
| UVLO 关断 | V_CC < 10.5 V(typ) | 全封波,I ≤75 µA | V_CC > 10.5 V 且 BO/FB 无异常 |
| 软启动 | 上述恢复后 | 仅 OTA 28 µA 充 V_c,占空比缓升 | V_c 升过 0.6 V 并到工作点 |
| 恒压 CCM 调节 | 正常负载、V_c < 3.6 V | 乘法器定占空比,V_out 恒定 | 负载/线电压变化自动跟随 |
| DCM 运行(轻载/高线) | 包络低于纹波一半的区段 | 电流周期性归零,调制律不变,PF 略降 | 负载升高/相位离开过零区自动回 CCM |
| 跟随升压 | V_c 达到 3.6 V(重载/低线) | V_out 按式 18 随 V_ac/P 滑落 | 负载减轻,V_c 脱离饱和 |
| DRE 介入 | V_fb < 95%·V_REF | 228 µA 注入加速 V_c | V_fb 回到 95% 以上 |
| OVP 动作 | V_fb > 105%·V_REF | 500 ns 内封波 | V_fb 回落,自动恢复 |
| OCP 逐周期 | I_cs > 200 µA | 当拍关断+开通互锁 | 电流回落至阈值下 |
| OPL 动作 | I_cs·V_bo > 200 µVA | 封波限功率 | 乘积回落,自动解除 |
| Brown-out 关断 | V_bo < 0.7 V(typ) | 封波保持 | V_bo > 1.3 V(typ) |
| UVP/待机 | V_fb < 8%·V_REF(含 FB 接地) | 关断,≤400 µA | V_fb > 12%·V_REF |
| 热关断 | T_J > 150 °C(min) | 封驱动 | T_J < ≈120 °C(30 °C 迟滞) |
精炼要点
| 要点 | 数值 | 为什么重要 |
|---|---|---|
| 控制本质 | V_m ∝ I_cs·V_bo/(V_c−0.6 V) | 模拟求解器强制 Z_in 恒定;乘法器=前馈,除法器=线性化 |
| 无电流环 EA | 前馈架构,无斜坡补偿 | 外围少、CCM 高 D 稳定(架构推断);代价是 THD 依赖 V_m 滤波质量 |
| 带宽分离 | 电流整形逐周期,电压环 <20 Hz | PF 与瞬态的分工;DRE 是瞬态的快速响应通道 |
| 前馈效果 | 满载 V_c:2.59 V@90 VAC → 1.28 V@264 VAC | 电压环几乎不动,线性化的直接收益(本库复算) |
| 功率上限 | P_in,max = 5.30×V_ac(V_c 饱和,图 48 值) | R_M 定功率的定量版;高线段由 OPL 648 VA 接管 |
| 四电平 | 95%/100%/105%/8·12%·V_REF | 390 V 系统:370.5/390/409.5/31.2~46.8 V |
| OCP 互锁 | 7.2 A(6.66~7.74 A 全窗口) | 开通互锁承受浪涌,磁芯/管子按 max 阈值核 |
| OPL | 200 µVA ≈ 648 VA 恒 VA | 防过载失控不防短路;余量按瞬时 I_cs(含纹波)核 |
| CCM 应力核算 | crest 峰值 5.98 A vs CrM 9.92 A | 中大功率选 CCM 的根本理由;代价 = Qrr |
| 频率档批差 | 58~72 kHz(65 版) | EMI 与磁损按 58 kHz 最坏点核算 |
| 软启动 | 28 µA 充 ≈2.4 µF ≈0.26 s 量级 | V_c<0.6 V 无输出 = 天然软启动执行器(时长为推断) |
上一级:NCP1654