深入解析FAN7930C：临界导电模式PFC控制器的卓越之选

在电源设计领域，功率因数校正（PFC）技术至关重要，它影响着电源的效率、稳定性和对电网的友好程度。今天，我们将深入探讨安森美（onsemi）的FAN7930C——一款工作在临界导电模式（CRM）的有源功率因数校正控制器，看看它在实际应用中能带来哪些出色表现。

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关键特性与优势

1. 先进的控制模式

FAN7930C采用电压模式PWM控制，通过比较内部斜坡信号与误差放大器输出，生成MOSFET关断信号。与电流模式CRM PFC控制器相比，它无需整流后的交流线电压信息，节省了输入电压感测网络的功率损耗。

2. 全面的保护功能

该控制器具备过压保护（OVP）、开路反馈保护、过流保护（OCP）、输入电压缺失检测和欠压锁定保护（UVLO）等多种保护功能，确保系统在各种异常情况下的安全性和稳定性。

3. PFC就绪信号

PFC - Ready引脚可在PFC输出电压达到合适水平时触发其他功率级，并且具有迟滞特性，为系统的协同工作提供了便利。

4. 低谐波失真

采用新的可变导通时间控制方法，使总谐波失真（THD）低于传统CRM升压PFC IC，提高了电源的电能质量。

5. 其他特性

还具备最大开关频率限制、内部软启动和无过冲启动、内部THD优化器、精确可调输出过压保护、零电流检测器（ZCD）等特性，以及低启动和工作电流、图腾柱输出和高状态钳位等优点。

引脚定义与功能

FAN7930C采用8引脚小外形封装（SOP），各引脚功能如下：	引脚编号	引脚名称	描述
1	INV	误差放大器的反相输入，升压PFC转换器的输出电压应电阻分压至2.5V。
2	RDY	用于检测PFC输出电压达到预定值，当输出电压达到额定输出电压的89%时，该引脚被拉高。
3	COMP	跨导误差放大器的输出，输出电压补偿组件应连接在该引脚和GND之间。
4	CS	过流保护比较器的输入，通过感测电阻感测MOSFET电流，并将所得电压施加到该引脚。
5	ZCD	零电流检测（ZCD）块的输入，当该引脚电压高于1.5V后又低于1.4V时，MOSFET导通。
6	GND	所有引脚的接地电位，信号地和功率地应分开。
7	OUT	栅极驱动输出，峰值源电流和灌电流分别为+500 mA和 - 800 mA。
8	VCC	IC电源引脚，为IC电流和MOSFET驱动电流供电。

电气特性

在不同的工作条件下，FAN7930C展现出了稳定的电气性能。例如，启动阈值电压（VSTART）在11 - 13V之间，停止阈值电压（VSTOP）在7.5 - 9.5V之间，欠压锁定迟滞（HYUVLO）为3.0 - 4.0V等。这些参数为工程师在设计电源时提供了明确的参考。

应用信息

1. 启动过程

PFC块的电源电压（VCC）通常由备用电源提供，若没有备用电源，可使用零电流检测的辅助绕组作为电源。当VCC超过12V时，内部操作启用，直到电压降至8.5V。

2. INV块

INV引脚接收输出的缩放电压，基于该引脚嵌入了多种功能，如跨导放大器、输出OVP比较器、禁用比较器和输出UVLO比较器。通过跨导放大器实现输出电压控制，同时采用两极一零型补偿来平衡功率因数校正和瞬态响应的需求。

3. RDY输出

当INV电压高于2.24V时，RDY输出被触发为高电平，直到INV电压低于2.051V。RDY引脚输出为开漏，需要外部上拉电阻提供合适的电源。

4. 控制范围补偿

FAN7930C通过输出电压补偿器控制导通时间，在轻载和高输入电压时，内部控制范围补偿功能可减少不必要的突发操作，避免产生可听噪声。

5. 零电流检测

利用与电感耦合的辅助绕组检测升压电感电流为零时，生成MOSFET的导通信号。内部ZCD引脚具有正负电压钳位电路，以处理辅助绕组电压的正负变化。同时，通过检测谐振电压来确定电感电流为零的时刻和MOSFET电压应力的谷值位置。

6. 控制机制

将缩放输出与内部参考电压进行比较，跨导放大器从COMP引脚产生灌电流或源电流。误差放大器输出与内部锯齿波形比较，确定合适的导通时间。通过负反馈调节输出电压，同时满足功率因数和输出电压调节的要求。

7. 软启动和无过冲启动

软启动过程中，当VCC达到VSTART时，内部参考电压呈阶梯式增加，使VCOMP逐渐升高，MOSFET导通时间平稳增加，减少启动时的电压和电流应力。无过冲启动功能通过内部比例增益控制器在启动期间控制反馈回路，避免过压保护触发，待输出电压达到额定值后切换到外部补偿器。

8. THD优化

总谐波失真（THD）是衡量输入电流波形与正弦波匹配程度的指标。FAN7930C通过在ZCD引脚源电流来优化THD，使导通时间在一个交流线路周期内根据输入电压成比例变化，改善零交叉区域的THD性能。

9. VIN - 缺失检测

为节省输入电压感测电阻的功率损耗并优化THD，FAN7930C省略了交流输入电压检测。当检测到输入交流电压缺失时，软启动复位，等待输入恢复，减少启动时的电压和电流应力。

10. 电流检测和栅极驱动输出

通过外部感测电阻检测MOSFET电流，当CS引脚电压高于0.8V时，过流保护比较器产生保护信号。内部RC滤波器用于滤除开关噪声。FAN7930C的栅极驱动输出采用单图腾柱输出级，能够提供高达+500 / - 800 mA的峰值电流，输出电压钳位至13V，保护MOSFET栅极。

PCB布局指南

由于PFC块处理高开关电流，PCB布局对系统的稳定运行至关重要。以下是一些布局建议：

1. 栅极驱动路径应尽可能短，功率地和信号地的共享位置应唯一，避免接地环路噪声。
2. PFC输出电压感测电阻应尽可能高，以减少电流消耗，同时缩短感测路径或在PFC输出和INV引脚之间放置分压电阻，靠近INV引脚更好。
3. ZCD路径应靠近升压电感的辅助绕组和ZCD引脚，若有困难，可放置一个小电容（低于50pF）来降低噪声。
4. 开关电流感测路径不应与其他路径共享，可添加额外组件降低CS引脚的噪声水平。
5. VCC的稳定电容应尽可能靠近VCC和接地引脚。

典型应用电路

以LCD TV电源为例，FAN7930C在90 - 265 VAC输入电压范围内，额定输出功率为195W，输出电压为390V（0.5A）。该应用具有平均效率高于95%、功率因数高于0.98、总谐波失真低于15%等优点。在设计时，若辅助VCC电源不可用，可通过零电流检测（ZCD）绕组供电；INV引脚输入偏置电流几乎为零，输出电压感测电阻应在功耗和抗噪性之间取得平衡；若输出二极管的浪涌电流能力足够，可省略快速充电二极管。

总结

FAN7930C作为一款高性能的临界导电模式PFC控制器，凭借其先进的控制技术、全面的保护功能和出色的电气特性，在各种电源应用中具有显著优势。无论是降低谐波失真、提高功率因数，还是确保系统的稳定性和可靠性，FAN7930C都能满足工程师的需求。在实际设计中，合理运用其特性并遵循PCB布局指南，将有助于充分发挥该控制器的性能，打造出高效、稳定的电源系统。

你在使用FAN7930C进行电源设计时遇到过哪些问题？对于它的性能表现有什么独特的见解？欢迎在评论区分享你的经验和想法。