深入解析FAN9673：三通道交错CCM PFC控制器的卓越性能与应用

一、引言

在当今的电子设备中，电源的高效性和稳定性至关重要。功率因数校正（PFC）技术作为提高电源效率、减少谐波污染的关键手段，被广泛应用于各种电源设计中。onsemi推出的FAN9673三通道交错CCM PFC控制器，为PFC预调节器设计提供了强大而可靠的解决方案。本文将深入剖析FAN9673的特点、工作原理、电气特性以及典型应用，帮助电子工程师更好地理解和应用这款控制器。

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二、FAN9673概述

FAN9673是一款专为PFC预调节器设计的三通道交错连续导通模式（CCM）PFC控制器IC。它集成了前沿、平均电流和“升压”型功率因数校正电路，使电源设计能够完全符合IEC1000 - 3 - 2规范。交错操作显著降低了输入和输出纹波电流，简化了传导EMI滤波设计，降低了成本。此外，该控制器还具有创新的通道管理功能，可根据CM引脚的设定电压在低功率条件下平滑加载和卸载从通道，提高PFC转换器的负载瞬态响应。同时，它还集成了多种保护功能，如峰值电流限制、输入电压欠压保护和TriFault Detect功能，增强了系统的可靠性。

（一）关键特性

1. 连续导通模式控制：采用CCM控制，减少电感电流纹波，降低功率半导体器件的峰值电流。
2. 三通道PFC控制：最多支持三通道PFC控制，平均电流模式控制确保电流平衡。
3. 可编程操作频率范围：可在18 kHz ~ 40 kHz或55 kHz ~ 75 kHz范围内自由设置工作频率。
4. 可编程PFC输出电压：通过PVO引脚可灵活调整PFC输出电压，提高系统效率。
5. 多种保护功能：包括TriFault Detect保护、过压保护、欠压保护、过流保护和电感饱和保护等，保障系统安全稳定运行。

（二）典型应用

FAN9673适用于多种高功率应用场景，如高功率AC - DC电源、直流电机电源、白色家电（如空调电源）、服务器和电信电源以及工业焊接和电源等。

三、引脚配置与功能

（一）引脚定义

FAN9673采用32引脚LQFP封装，各引脚具有不同的功能。例如，BIBO引脚用于欠压/过压电平设置；PVO引脚用于可编程输出电压设置；ILIMIT引脚用于电流命令钳位设置；RI引脚用于振荡器设置等。详细的引脚定义如下表所示：

Pin#	Name	Description
1	BIBO	Brown In/Out Level Setting: This pin is used for brown in/out setting
2	PVO	Programmable Output Voltage: DC voltage from a microcontroller (MICU) can be applied to this pin to program the output voltage level. The operation range is 3.5 V~0.5V. If (V_{PO}<0.5 ~V), the PVO function is disabled.
3	ILIMIT	Current Command Clamp Setting: Average current mode is to control average value of inductor current by a current command. Connecting a resistor and a capacitor to this pin can determine a limit value of the current command.
...	...	...

（二）引脚功能详解

不同引脚在控制器的工作中发挥着重要作用。例如，RI引脚通过外接电阻可以设置内部振荡器的频率，其频率计算公式为 (f{osc }=frac{8 × 10^{8}}{R{R1}}) ，频率可在18 kHz ~ 40 kHz和55 kHz ~ 75 kHz两个范围内自由设置。PVO引脚可根据外部电压信号调整PFC输出电压，当 (V{PVO}>0.5 ~V) 时，VFBPFC调节目标变为 (V{FBPFC}=2.5 V - [frac{V_{PVO}}{4}]) 。

四、工作原理

（一）连续导通模式（CCM）

FAN9673采用CCM控制，在这种模式下，电感电流始终连续且大于零。与边界导通模式（BCM）相比，CCM模式减少了电感电流纹波，降低了功率半导体器件的峰值电流，提高了系统效率。

（二）增益调制器

FAN9673采用电流控制环和电压控制环进行功率因数校正。增益调制器是控制PFC输入电流的关键模块，其输出信号 (I{MO}) 是 (V{VEA})、(I{IAC}) 和 (V{LPK}) 的函数，计算公式为 (I{MO }=K × frac{I{AC} × V{VEA}}{V{LPK}^{2}}) ，其中K值在 (V{IR}<1.5 ~V) 时约为0.8，在 (V{IR}>3.5 ~V) 时约为3.2。

（三）电流平衡

在多通道控制中，各通道的电流匹配至关重要。FAN9673通过基于感测信号 (V_{CS}) 跟踪增益调制器的电流命令来控制各通道的电流。影响电流平衡的主要因素包括布局和器件公差，特别是电流感测分流电阻的公差。建议使用高精度电阻，并注意电流感测电阻与控制器或电源地之间的布局走线距离，以减少偏移电压和地弹的影响。

（四）交错操作

FAN9673用于控制三个并联的升压转换器，工作在平均电流模式和CCM模式下。在接近满载或通道管理禁用时，每个通道承担三分之一的功率。交错操作可以减少输入总纹波电流，同时使各通道的输出电流纹波均匀分布在输出电容上，延长电容寿命。

（五）通道管理

FAN9673具有灵活的通道管理功能，可通过CM引脚控制。通道管理通过改变电流命令的增益来实现，当 (V_{VEA}) 低于CM引脚设定的阈值时，从通道的电流命令逐渐减小，从而降低输出功率。此外，通道管理还可以通过MCU进行外部控制，根据负载情况灵活调整各通道的工作状态。

五、电气特性

FAN9673的电气特性在不同的工作条件下表现出良好的性能。例如，在 (V{DD}=15 ~V) 和 (T{J}=-40 ~ 105^{circ} C) 的条件下，其启动电流IDD_ST为30 - 80 μA，工作电流IDD - OP为4 - 7 mA。振荡器频率可根据RI引脚外接电阻进行设置，不同的电阻值对应不同的频率范围。同时，该控制器还具有良好的电压稳定性和温度稳定性，确保在各种环境条件下都能稳定工作。

六、典型应用电路与性能

（一）典型应用电路

以单级三通道PFC应用为例，该电路的输出功率为5000 W，输入电压为180 ∼ 264 V AC，输出电压为393 V，输出电流为12.72 A。电路采用FAN9673控制器，结合增益调制器的开关充电技术，实现了更好的功率因数和更低的总谐波失真（THD）。同时，电路还具备过压保护、欠压保护、过流保护和电感饱和保护等功能，确保系统的安全可靠运行。

（二）性能指标

在不同的输入电压和负载条件下，FAN9673的效率、功率因数和THD表现良好。例如，在220 V/50 Hz的输入条件下，50%负载时的效率可达97.1%，功率因数可达0.9868，THD为14.36%。

七、系统设计注意事项

（一）浪涌电流处理

在AC输入首次连接到升压PFC转换器时，会产生浪涌电流。建议使用NTC和并联继电器电路来减少浪涌电流，同时添加旁路二极管为浪涌电流提供通路。

（二）下游电源启动

PFC阶段通常为下游DC - DC或逆变器提供电源，建议在PFC输出电压接近指定稳态值时，使下游电源阶段满负荷运行。

（三）PVO功能应用

PVO功能用于改变PFC的输出电压VPFC，VPFC应至少比VIN高25 V，以确保系统的正常运行。

八、总结

FAN9673作为一款高性能的三通道交错CCM PFC控制器，具有丰富的功能和出色的性能。其交错操作、通道管理功能和多种保护机制使其适用于各种高功率应用场景。电子工程师在设计电源系统时，可以充分利用FAN9673的特点，提高电源的效率、稳定性和可靠性。同时，在设计过程中需要注意浪涌电流处理、下游电源启动和PVO功能应用等方面的问题，以确保系统的最佳性能。你在实际应用中是否遇到过类似控制器的使用问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。