集成式临界模式PFC和准谐振电流模式PWM控制器FAN6920MR：设计与应用详解

在现代电源设计领域，高度集成化的控制器成为了提升电源性能、降低成本的关键。今天，我们就来深入探讨安森美（onsemi）推出的FAN6920MR，一款采用mWSaver技术的集成式临界模式PFC和准谐振电流模式PWM控制器。

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产品概述

FAN6920MR将功率因数校正（PFC）控制器和准谐振PWM控制器高度集成，不仅提供了性价比高的设计方案，还显著降低了外部元件的数量。这种集成设计在AC/DC NB适配器、开架式SMPS、电池充电器等应用中具有很大的优势。

特性亮点

1. mWSaver技术：提供业内同级最佳的待机功耗，有效降低能源消耗。
2. 内部高压JFET启动：加速控制器的启动时间，在三秒内即可建立额定输出电压。
3. 自适应关断时间调制：QR PWM级tOFF - MIN的自适应关断时间调制，提高了轻负载效率。
4. PFC间歇运行或关断：在轻负载条件下，PFC可间歇运行或关断，进一步降低功耗。
5. 高转换效率：针对双管反激设计进行优化，可实现90%以上的效率，同时满足2013 ErP lot6待机功率要求。

引脚定义与功能

FAN6920MR采用16引脚小型封装（SOP），每个引脚都有其特定的功能。以下是一些关键引脚的介绍：

1. RANGE引脚：其阻抗根据VIN引脚电压电平变化。当VIN引脚检测到的输入电压高于阈值电压时，设置为低阻抗；输入电压处于高电平时，设置为高阻抗。
2. COMP引脚：误差放大器的输出引脚，用于PFC输出电压反馈。专有的多向量电流内置到该放大器中，允许在该引脚和GND之间使用简单的补偿电路。
3. INV引脚：误差放大器的反相输入端，接收PFC电压电平，提供PFC输出过压和欠压保护，还可控制PWM启动。
4. CSPFC引脚：提供逐周期限流保护的PFC过流保护比较器的输入，当PFC电流感测电阻上感测到的电压达到内部阈值时，PFC开关会关断。
5. CSPWM引脚：PWM过流保护的比较器的输入，根据FB引脚电压进行PWM电流模式控制，实现逐周期限流、电流模式控制和高/低压线路过功率补偿。
6. OPFC和OPWM引脚：分别驱动外部功率MOSFET，箱位栅极输出电压分别为15.5V和17.5V。
7. DET引脚：通过电阻分压器连接至PWM变压器的辅助绕组，实现过功率补偿、谷底电压开关、输出过压保护等功能。
8. FB引脚：反馈电压引脚，接收输出电压电平信号以确定PWM栅极占空比，还可激活开环过载保护和输出短路保护。
9. RT引脚：可调过温保护和外部保护触发，当RT引脚电压低于0.8V时，会激活保护并停止PFC和PWM开关操作。
10. VIN引脚：通电/断电保护的线路电压检测，用于控制RANGE引脚的状态，以及针对交流输入电压UVP进行通电/断电保护。
11. ZCD引脚：PFC级的零电流检测，连接至与PFC电感绕组耦合的辅助绕组，检测PFC电感电流放电至零时的信号。
12. HV引脚：高电压启动引脚，通过电阻连接到交流线路电压，为VDD电容提供高充电电流。

电气特性

文档中详细列出了FAN6920MR在不同工作条件下的电气特性，包括VDD部分、HV启动电源电流部分、VIN和RANGE部分、PFC STAGE、PWM STAGE等。这些特性参数对于工程师在设计电源电路时非常重要，需要根据实际应用需求进行合理选择和调整。

典型性能特征

文档中给出了一系列典型性能特征图，如导通阈值电压、关断阈值电压、启动电流、工作电流、PFC输出反馈参考电压、PFC栅极输出籍位电压、PWM栅极输出籍位电压等。这些图表直观地展示了FAN6920MR在不同条件下的性能表现，有助于工程师更好地理解和应用该控制器。

功能说明

PFC电路

1. 多向量误差放大器和THD优化器：FAN6920MR采用跨导型放大器与专利的创新型多向量误差放大器配合，实现更好的动态性能、更快的瞬态响应以及PFC输出上的精确籍位。为改进轻负载条件下的THD结果，插入了创新的THD优化器，对PFC栅极导通时间进行调制。
2. RANGE引脚：内置低电压MOSFET可根据VVIN电压电平和PFC状态导通或关断，其漏极引脚连接至RANGE引脚。
3. 零电流检测（ZCD引脚）：通过感测PFC电感辅助绕组上的信息来执行零电流检测。当ZCD引脚电压低于触发电压时，会再次发送PFC栅极信号以开始新的开关周期。为防止开关频率在轻负载条件下过高，使用内置的抑制定时器来限制最小tOFF时间。
4. PFC级的保护：包括PFC输出电压UVP和OVP（INV引脚）、PFC峰值限流（CSPFC引脚）、断电保护（VIN引脚）和PFC间歇模式。

PWM电路

1. HV启动和工作电流（HV引脚）：HV引脚通过电阻连接至交流线路，为外部VDD电容提供高电流充电，加速控制器的启动时间。在VDD电压超过导通电压并进入正常操作之后，高电压启动电路会关断以节省功耗。
2. 绿色模式操作和PFC - ON/OFF控制（FB引脚）：绿色模式可通过关断时间调制根据FB引脚电压调节开关频率，进一步降低系统功耗。FB引脚电压还能确定PFC级工作模式。
3. 谷底检测（DET引脚）：在PWM开关的tOFF期间，激活内部谷底检测电路，检测PWM开关的谷底漏极电压。检测到谷底信号时，输出PWM栅极信号以接通开关。
4. 高/低压线路过功率补偿（DET引脚）：为使不同输入电压下的最大输出功率接近，控制器根据DET引脚电流调节CSPWM引脚的VLIMIT以控制PWM开关电流。
5. 前沿消隐（LEB）：内置前沿消隐时间，防止接通PFC或PWM开关时电流感测电阻上产生电压尖峰。
6. PWM级的保护：包括VDD引脚过压保护（OVP）、可调过温保护和外部保护触发（RT引脚）、输出过压保护（DET引脚）和欠压锁定（UVLO，VDD引脚）。

总结

FAN6920MR作为一款高度集成的控制器，在电源设计中具有诸多优势。其先进的技术和丰富的功能能够满足不同应用场景的需求，帮助工程师设计出高性能、高效率、高可靠性的电源系统。在实际应用中，工程师需要根据具体需求合理选择和调整电路参数，充分发挥FAN6920MR的性能优势。你在使用FAN6920MR的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。