NCP1680 — 图腾柱 CrM 无桥 PFC 控制器（onsemi）
拓扑：无桥图腾柱 Boost PFC（FCCrM：CrM + 频率钳位 + DCM 谷底开通）｜ 厂商：onsemi ｜ 封装：SOIC-16（9.90×3.90×1.37 mm）｜ 状态：✅深读 依据：onsemi《NCP1680/D》Rev.1（2024-07）规格书，全文翻译见 01_规格书全译，下文“DS”指此手册。本目录五篇为深度解读（分析优先，不是翻译）。
本篇总结
- NCP1680 是 onsemi 专用于无桥图腾柱（Totem-Pole）拓扑的 CrM PFC 控制器：把传统有桥 PFC 导通路径里的“2 只整流桥二极管 + 升压二极管”全部换成 MOSFET 的 RDS(on)，省桥的效率收益在中低线约 1~2%（本库按 DS 导通路径描述推算，见 02）。
- 快桥臂（高频 PWM）输出 PWML/PWMH 5 V 逻辑电平，外接驱动器后 Si 超结 / GaN / SiC 都能用；慢桥臂（工频换向）由片内直接给 SRH/SRL 12 V 驱动——换相逻辑（极性检测、过零管理、开环换向脉冲）全部在片内，主控不用操心。
- 一对 LVSNS1/2 差分采样脚（1% 分压，KL_DIV=100）同时干四件事：交流极性检测、线频率监测（45~65 Hz 窗口）、掉电/线跌落保护（约 78/71 VAC 启停）、高低线判别（约 167/157 VAC 切换）。
- 片内数字补偿器，外部免补偿：等效 Type-II（中频增益 13.6 dB，零点 1.44 Hz，极点 68.2 Hz），按 5~10 Hz 穿越频率、>60° 相位裕量设计；检测到高线自动把环路增益降为 1/4（−12 dB）——因为功率级增益 ∝ Vac²，230/115 V 恰好差 4 倍。
- FCCrM 变频：重载 CrM（谷底开通），轻载转 DCM 后频率钳位（AA 130 kHz / AB·AC 275 kHz）、折返至 FMIN≈30.5 kHz 压可闻噪声；DCM 死区补偿 + THD 增强器使全输入范围中重载 THD<10%。
- 限流方案省掉霍尔传感器/电流互感器：借 ZCD 检测电阻上的电感放电电流信号做积分式逐周期限流（过流越久阈值越低），限流斜坡斜率随瞬时线电压自适应（DS 表 5：85 V 时最长导通 20.34 µs → 265 V 时 4.77 µs）。
- 输出保护多电平分工：DRE 95.5%（带载突变的加速充电）→ 调节 100% → 软 OVP 105%（4 步阶梯降功率，防振荡）→ 快 OVP 108%（模拟比较器立即封脉冲）→ BUV 80%（AA/AB）或 60%（AC）；另有 UVP 12%、FB 开路 250 nA 灌电流后备、FAULT 脚 OVP/OTP 两电平（0.4/3.0 V）、内部 TSD 150 ℃。
- 轻载生态完整：软跳周期（Soft Skip，ICC4 典型 540 µA）+ PFCOK/SKIP 双向握手——PFC 静默时母线缓降到 94% 再脉冲串补电，SKIP 脚还能顺手关掉外部驱动器（Enable 或 VCC 直通电路），把空载待机功耗压到系统级最低。
Description（定位概述）
NCP1680 = “普通 CrM Boost PFC 控制器的无桥图腾柱化改造”：它保留了 CrM 简单、天然无二极管反向恢复顾虑、谷底开通省损耗的优点，同时把图腾柱拓扑特有的难题——交流线浮动导致的双向工作、快慢桥臂换相、正负半周不对称的谷底检测、过零区开环换向——全部做进片内。设计者的工作被压缩到：功率级 4 个管子 + 2 颗驱动器 + 几组分压电阻。
Features（关键特性，数值齐全）
- 省输入整流桥：导通路径只剩 1 只慢桥臂管 + 1 只快桥臂管（DS §8）；中低线效率收益约 +1.9%（本库推算，假设见 02）
- 交流线监测 + 相位检测：KL_DIV=100 分压，VLINE=|VLVSNS1−VLVSNS2| 差分重构，正负半周共用同一组阈值
- 掉电/线跌落双定时器：VBO(start) 1.10 V typ（≈78 VAC）使能、VBO(stop) 1.00 V typ（≈71 VAC）；SAG 25 ms 容忍单周期掉电（软停止），BO 650 ms 才整机复位
- 线频率监测：极性边沿间隔超出 41~72 Hz（typ）即先禁慢臂、100 ms 后禁快臂，连续 4 个合规边沿（NDRV_EN=4）自恢复
- CrM + DCM 谷底开通（FCCrM）：FCLAMP1 130 kHz（AA）/ 275 kHz（AB·AC）typ；FMIN 30.5 kHz typ（min 25）
- 恒定导通时间控制：Ton,max,CrM 17.2 µs（AA）/ 10.2 µs（AB·AC）typ；DCM 死区补偿按 kDT 调斜坡斜率
- 数字环路补偿（免外部补偿网络）：等效 Type-II，13.6 dB / 1.44 Hz / 68.2 Hz；高线增益 ÷4
- 简化谷底检测：单辅助绕组 + 极性相关“武装/触发”阈值（200/100 mV typ），正负半周自适应
- 新颖限流（免霍尔/CT）：ZCD 信号积分降阈值 + 线电压自适应斜坡；VZCDLIM1 1.4 V（AA）/ 0.6 V（AB·AC）typ，高线自动降 60%
- 同步 (1−d) 驱动（升压“二极管”同步整流化）：死区 TDT1 130 ns typ + 四重门控（ZCD 武装 300/100 mV、VLINE 220 mV、PFCOK 高）
- 软跳周期：外部命令进入，静默期 ICC4 0.54 mA typ，母线 100%→94% 摆动，恢复消隐 500 ms
- PFCOK 指示/握手：10 µA/V 电流源镜像母线电压，VFB 达 VREF 的 98% 才置高（兼做同步/慢臂/跳周期/BUV 的门控）
- 全模式功率因数接近 1；保护见“本篇总结”第 7 条
三个型号怎么选（DS 表 7）：AA=低频大电感档（Ton,max 17.2 µs、FCLAMP 130 kHz、ZCD 限流 1.4 V、极性滤波 200 µs）；AB=高频小电感档（10.2 µs、275 kHz、0.6 V、200 µs）；AC=AB 的过零快版（极性滤波 50 µs，且禁用 20 µs 过零消隐滤波器、BUV 阈值改 1.5 V→60%）。功率密度优先选 AB/AC，最低频（EMI 好、轻载效率好）选 AA。
Applications（DS 原文）
5 G/电信电源；工业电源；游戏主机电源；超高密度（UHD）电源；商用电源（Merchant Power）。共同点：对效率与密度敏感、功率 100~500 W 档、图腾柱快桥臂愿意配 Si/GaN 驱动器。
关键参数速查表
| 参数 | 值（typ，除非注明） | 出处 | 为什么重要 |
|---|---|---|---|
| VCC(on) / VCC(off) | 10.5 V / 8.8 V（迟滞 1.7 V，min 1.2） | DS 表 3 | 无内部高压启动，外部偏置必须高于 VCC(on) 且留迟滞余量 |
| ICC3 / ICC4 | 3.3 mA（100 kHz 开关）/ 0.54 mA（跳周期） | DS 表 3 | 待机功耗预算的底数 |
| 线采样分压比 KL_DIV | 100（RUPPER 5~10 MΩ，RLOWER 50~100 kΩ） | DS §9 | VLINE=交流线幅值的 1%，所有线侧阈值都按此折算 |
| BO 启/停阈值 | 1.10 V / 1.00 V（≈78/71 VAC） | DS §12 | 线电压 UVLO；迟滞仅 100 mV，分压精度要控 |
| 高/低线切换 | VHL 2.36 V / VLL 2.22 V（≈167/157 VAC），增益 ÷4 | DS §13 | 补偿器增益跳变 12 dB，不能让输入落在切换带内 |
| 极性毛刺滤波 TPOL_FILTER | 50 µs（AC）/ 200 µs（AA·AB） | DS §10 | 过小怕噪声误换相，过大换相滞后 |
| 主 PWM 过零启/停 | 120/100 mV（≈12/10 V 线电压） | DS 表 3 | 过零前全部驱动禁用，保极性检测安静 |
| Ton,max,CrM | 17.2 µs（AA）/ 10.2 µs（AB·AC） | DS 表 3 | 决定电感上限（eq.1）与功率上限 |
| FCLAMP1 / FMIN | 130/275 kHz / 30.5 kHz（min 25） | DS 表 3 | EMI 频段规划与轻载可闻噪声 |
| ZCD 武装/触发 | 300 mV（AA）/100 mV（AB·AC）与 50 mV | DS 表 3 | 同步管使能点 = 轻载不同步的门 |
| ZCD 限流阈值 VZCDLIM1 | 1.4 V（AA）/ 0.6 V（AB·AC），高线 ×60% | DS 表 3 | 决定 ZCD 检测电阻上限（eq.3） |
| 死区 TDT1 | 130 ns（90~170 ns） | DS 表 3 | 外驱传播延迟要与之匹配，防直通 |
| VREF | 2.50 V（25 ℃）/ 2.44~2.56 V（全温） | DS 表 3 | FB 分压按 2.5 V 算，精度受此限制 |
| 软 OVP / 快 OVP | 105% / 108%（395 V 输出即 414.8 / 426.6 V） | DS §18 | 母线电容耐压与器件 500/450 V 档位选型的依据 |
| BUV | 2.0 V（AA·AB→80%）/ 1.5 V（AC→60%） | DS 表 3 | 母线欠压时下游是否继续跑的策略点 |
| FAULT 阈值 | OTP 0.40 V（恢复 0.92 V）/ OVP 3.0 V（锁存） | DS §27 | NTC 过温 + 驱动器 VCC 过压锁存复用一脚 |
| TSD | 150 ℃（迟滞 50 ℃） | DS 表 3 | 内部后备，不是热设计目标 |
| 驱动能力 | PWMx 5 V、±100/160 mA；SRx 12 V、±100/160 mA | DS 表 3 | 快臂必外驱；慢臂 600 V 工频管可直接推 |
| 静态 OVP 占空比 | 0（VFB=3 V 时 DMIN=0） | DS 表 3 | OVP 后占空比压到 0，不再泵能量 |
与库内相关 IC 的差异概述
- vs NCP1681（同门下一代）：NCP1680 只做 CrM（谷底开通，峰值/RMS 电流大，100~500 W）；NCP1681 多模式 CrM→CCM 连续过渡 + 数字可配置，按 CCM 设计、面向 GaN 500 W~3 kW——功率上探、要配置；NCP1680 免配置、上手快。
- vs NCP1622（有桥 CrM 老将 + VSFF）：NCP1622 是传统有桥 Boost 的 CrM/谷底同步折返方案，TSOP-6 单管即可、≤150 W；NCP1680 无桥省桥损但要 4 管双驱，图腾柱换相复杂度已由片内包办。
- vs NCP1654（有桥定频 CCM，SO-8）：NCP1654 结构最简、200~800 W、硬开关+桥损效率上限受限；NCP1680 用谷底开通+无桥换效率，代价是快桥臂浮地驱动与双倍管子。
五件套导航
| 篇 | 内容 | 对标 TI 手册结构 |
|---|---|---|
| 01_规格书全译 | DS 全文忠实翻译（含 37 图清单与译者附注） | — |
| 02_引脚功能与关键规格 | 16 脚逐脚深解（电路结构→外围→算法→失效）+ 设计含义表 | Pin Configuration and Functions + Specifications |
| 03_内部框图与工作原理 | 框图走读 + 全功能模块机理 + 工作模式 | Detailed Description |
| 04_典型应用与设计计算 | 400 W 设计需求表 + 12 步编号设计流程 + 选型表 | Application and Implementation |
| 05_设计要点_常见陷阱与故障排查 | 12 个陷阱（机理→现象→测法→解法）+ 排查树 + 波形基准 + 布局 + 量产清单 | Layout Guidelines + 排障 |
| 06_EVBUM2822精译_300W | EVBUM2822 评估板手册全译：300 W 图腾柱实测（连接/测试方法、效率/PF/THD/频率图、Skip 模式操作、环路/热数据、BOM 全表 90 行、与 DS 交叉校验表） | EVB User's Manual |
| 07_EVBUM2886精译_图腾柱 | EVBUM2886 评估板手册全译：NCP1680＋NCP58921 GaN 图腾柱 PFC 前级的 300 W 笔记本适配器（PFC+LLC 两级、上电时序、效率/空载功耗/热像/波形图 1~28、BOM 全表 103 行、与 DS 交叉校验表） | EVB User's Manual |
- 所属横评：01_横评_PFC控制器（与 NCP1622/NCP1654/NCP1681 同台对比）
适合谁 / 不适合谁
适合：做 100~500 W 高效率电源（通信/工业/游戏主机/适配器前级）、想从有桥 PFC 升级图腾柱但不想自己写换相逻辑、快桥臂已准备好 GaN/SJ-MOS+驱动器、希望 PFC 侧“零补偿调试”的工程师。 不适合：需要 CCM 大功率（>500 W、RMS 电流应力优先）——直接看 NCP1681；极简 BOM 的 <150 W 小电源——NCP1622 更省；只有一个低边驱动通道预算、不能接受双驱动器成本的项目——图腾柱的 4 管方案天生不省管子。