L4984D：CCM PFC控制器的卓越之选

在电力电子领域，功率因数校正（PFC）技术对于提高电源效率、减少谐波污染至关重要。今天我们要深入探讨的是ST公司推出的L4984D，一款采用线调制固定关断时间（LM - FOT）控制的电流模式PFC控制器。

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1. 器件概述

1.1 基本信息

L4984D有L4984D（SSOP10封装，管装）和L4984DTR（卷带封装）两种版本。它适用于CCM模式下的升压PFC预调节器，功率范围从几百瓦到1千瓦以上，能满足IEC61000 - 3 - 2和JEIDA - MITI标准要求。

1.2 特性亮点

• LM - FOT控制：专有的LM - FOT调制器使升压PFC转换器在CCM模式下实现近固定频率运行。
• 低THD设计：独特的乘法器设计可降低交流输入电流的总谐波失真（THD）。
• 快速输入电压前馈：具有快速“双向”输入电压前馈（ (1/V^{2}) 校正）功能，提升系统动态响应。
• 多重保护功能：包括准确可调的输出过压保护、反馈环路故障保护、电感饱和保护、交流欠压检测等。
• 软启动功能：限制峰值电流，防止初始周期中磁通量失控。
• 强大的栅极驱动： - 600 / + 800 mA图腾柱式栅极驱动器，在欠压锁定（UVLO）期间具有主动下拉和电压钳位功能。

2. 框图与引脚功能

2.1 电气框图

其电气框图展示了各个功能模块的连接关系，包括电压调节器、LM - FOT调制器、乘法器、定时器等。这些模块协同工作，实现对PFC预调节器的精确控制。

2.2 引脚功能

引脚编号	引脚名称	功能描述
1	INV	误差放大器的反相输入，通过电阻分压器获取PFC预调节器输出电压信息。
2	COMP	误差放大器的输出，连接补偿网络以确保电压控制环路的稳定性。
3	MULT	乘法器的主要输入，连接整流后的市电电压，提供正弦参考信号，还可用于软启动和远程开关控制。
4	CS	PWM比较器的输入，用于检测MOSFET电流，具有数字前沿消隐功能，可检测电感饱和等异常电流。
5	VFF	乘法器的第二个输入，用于 (1/V^{2}) 功能，提供市电电压均方根值信息，同时具备欠压保护功能。
6	PFC_OK	用于监测PFC预调节器输出电压，可实现保护和禁用功能，也可作为突发模式控制输入。
7	TIMER	用于设置LM - FOT调制器，通过电容充电产生电压斜坡来确定MOSFET的关断时间。
8	GND	接地引脚，为信号部分和栅极驱动器提供电流返回路径。
9	GD	栅极驱动器输出，可驱动大尺寸MOSFET或IGBT。
10	VCC	芯片的电源引脚，内部有电压钳位保护。

3. 电气特性

3.1 电源电压相关特性

• 工作范围： (V{CC}) 工作范围为10.3 - 22.5 V，开启阈值 (V{CCOn}) 为11 - 13 V，关闭阈值 (V_{CCOff}) 为8.7 - 10.3 V。
• 启动电流：启动前 (V_{CC}=10 V) 时，启动电流典型值为65 μA。
• 静态电流：开启后不同条件下，静态电流在200 μA - 6 mA之间变化。

3.2 乘法器特性

• 输入偏置电流： (V_{MULT}=0 - 3 V) 时，输入偏置电流在 - 0.2 - - 1 μA之间。
• 线性工作范围： (V_{MULT}) 线性工作范围为0 - 3 V。
• 增益：增益 (K_{M}) 在0.248 - 0.360 V之间。

3.3 误差放大器特性

• 输入阈值： (T{j}=25^{circ}C) 时， (V{INV}) 电压反馈输入阈值为2.475 - 2.525 V。
• 增益和带宽：开环电压增益为60 - 80 dB，增益带宽积约为1 MHz。

3.4 其他特性

还包括电流检测比较器、电感饱和检测、软启动、栅极驱动器等方面的电气特性，这些特性共同保证了芯片的稳定运行。

4. 典型电气性能

通过一系列图表展示了芯片在不同条件下的性能，如IC功耗与 (V{CC}) 、 (T{j}) 的关系，各种电压阈值与 (T_{j}) 的关系等。这些数据有助于工程师在不同工作环境下准确评估芯片的性能。

5. 应用信息

5.1 工作原理

L4984D采用传统的“峰值”电流模式控制，通过调节MOSFET的导通时间 (T{ON}) 和关断时间 (T{OFF}) 来实现固定开关频率。根据电感的伏秒平衡方程，当 (T{OFF}) 与市电瞬时电压成比例变化时，开关周期 (T{SW}) 保持恒定。

5.2 过压保护（OVP）

通过PFC_OK引脚监测输出电压，当电压超过预设值（通常为2.5 V）时，停止栅极驱动活动，直到电压降至2.4 V以下。

5.3 反馈故障检测（FFD）

当PFCOK引脚电压超过2.5 V且INV引脚电压低于1.66 V时，判定为反馈故障，芯片进入锁定关机状态，需重启 (V{CC}) 才能恢复正常。

5.4 电压前馈

输入电压前馈通过一个与输入均方根电压成比例的电压信号，经平方/除法电路（ (1/V^{2}) 校正器）处理后，提供给乘法器，以补偿线路电压变化引起的增益变化。L4984D通过两个外部元件（ (C{FF}) 和 (R{FF}) ）实现了新的电压前馈，有效减少了时间常数的权衡问题。

5.5 软启动

在启动或自动重启保护触发后，芯片通过内部上拉MULT引脚电压至约4.1 V，降低乘法器输出，延长功率开关的关断时间，从而减少涌入电流和电感饱和风险。软启动激活时间为300 μs。

5.6 电感饱和检测

当电流检测引脚（CS）电压超过1.7 V时，判定电感饱和，芯片停止工作，经300 μs后由内部启动电路重启，以保护电感、MOSFET和升压二极管。

5.7 THD优化电路

该电路通过在市电电压过零点附近增加功率开关的导通时间，减少交流输入电流的导通死区角，从而降低THD。为充分发挥其作用，应尽量减小桥整流器后的高频滤波电容。

5.8 电源管理和内务功能

可通过PFC_OK引脚与DC - DC转换器控制器通信，实现轻载时的关机功能。同时具备欠压保护功能，当VFF引脚电压低于0.8 V时，芯片关机，电压回升至0.88 V以上时重启。

6. 封装机械数据

L4984D采用SSOP10封装，文档提供了详细的封装尺寸信息，方便工程师进行PCB设计。

总结

L4984D作为一款功能强大的CCM PFC控制器，具有众多先进特性和完善的保护功能。其独特的LM - FOT控制和电压前馈技术，使其在不同输入电压和负载条件下都能实现稳定的固定频率运行和低THD。工程师在设计CCM模式的升压PFC预调节器时，L4984D是一个值得考虑的优秀选择。你在使用类似PFC控制器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。