FAN6921ML：集成式临界模式PFC/准谐振电流模式PWM控制芯片的全面解析

在电子电源设计领域，高度集成化的芯片能够有效提升设计的性价比，减少外部元件数量，FAN6921ML就是这样一款出色的芯片。它将功率因数校正（PFC）控制器和准谐振PWM控制器组合在一起，为电源系统带来了诸多优势。

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一、FAN6921ML概述

FAN6921ML采用16 - 引脚小尺寸封装（SOP），具有集成式PFC和反激式控制器的特性。其临界模式PFC控制器能实现自然的功率因数校正，PWM级的准谐振运行则可增强电源系统性能。

特性亮点

1. 集成优势：集成PFC和PWM控制器，降低成本并减少元件数量。
2. PFC技术：使用受控导通时间技术调节直流输出电压，通过创新的THD优化器减少输入电流失真，改进THD性能。
3. PWM性能：借助波谷检测、绿色模式运行和高/低线路电压过功率补偿，提升电源系统性能。
4. 保护功能丰富：具备次级端开环和过流保护、外部门锁触发、可调节过温保护、内部过温关断、VDD引脚OVP、输出OVP以及AC输入电压欠压保护等。

二、引脚配置与定义

引脚配置

FAN6921ML的引脚配置有其特定的功能布局，每个引脚都在芯片的正常运行中发挥着重要作用。

引脚定义

引脚号	名称	说明
1	RANGE	阻抗随VIN引脚电压电平变化，用于输入电压检测和状态切换。
2	COMP	误差放大器的输出引脚，用于PFC输出电压反馈。
3	INV	误差放大器的反相输入引脚，提供PFC输出过压和欠压保护。
4	CSPFC	PFC过流保护比较器的输入，实现逐周期限流保护。
5	CSPWM	PWM过流保护比较器的输入，实现PWM电流模式控制和过功率补偿。
6	OPFC	图腾柱驱动器输出，驱动外部功率MOSFET。
7	VDD	电源引脚，启动和关断有特定阈值电压。
8	OPWM	图腾柱输出，产生PWM信号驱动外部功率MOSFET。
9	GND	功率地和信号地。
10	DET	用于波谷检测、过功率补偿和输出过压保护。
11	FB	反馈电压引脚，调节输出电压并实现开环、过载或输出短路保护。
12	RT	可调节的过温保护和外部锁触发。
13	VIN	用于通电/掉电保护的线路电压检测。
14	ZCD	PFC级的零电流检测。
15	NC	无连接。
16	HV	高压启动，为VDD电容器提供大充电电流。

三、电气特性

绝对最大额定值

了解芯片的绝对最大额定值对于保证芯片的安全运行至关重要。如VDD最大为500V，OPFC、OPWM的电压范围为 - 0.3V至25.0V等。若超过这些额定值，可能会损坏器件，影响其可靠性。

推荐工作条件

在推荐工作条件下，芯片能正常运行。超出推荐范围，长时间运行可能影响器件可靠性。例如，工作温度范围为 - 40°C至105°C等。

电气参数

涵盖了VDD部分、HV启动电源电流部分、VIN和RANGE部分、PFC电路、电压误差放大器部分、PFC电流检测部分、PFC输出部分、PFC零电流检测部分、PWM级的各个部分（反馈输入、DET引脚、PWM振荡器、PWM输出、电流检测、RT引脚过温保护等）的电气参数。这些参数为工程师在设计电路时提供了精确的参考，确保芯片在不同工作条件下的性能稳定。

四、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、PFC输出反馈参考电压等。这些特征图在TA = 25°C条件下进行归一化，为工程师在实际应用中评估芯片性能提供了直观的依据。例如，通过导通阈值电压图，工程师可以了解芯片在不同条件下的启动特性。

五、功能说明

PFC电路

1. 多向量误差放大器和THD优化器：采用带有创新型多向量误差放大器的跨导型放大器，提高环路响应，简化补偿电路。通过THD优化器改善轻载条件下的总谐波失真度，调制PFC栅极导通时间。
2. RANGE引脚：内置低压MOSFET根据VVIN电压电平导通或关断，其漏极引脚连接至RANGE引脚，通过滞回行为实现不同输入电压下的状态切换。
3. 零电流检测（ZCD引脚）：通过检测PFC电感器辅助绕组信息实现零电流检测。当ZCD引脚电压低于触发电压时，开始新的开关周期；拉低ZCD引脚电压可禁用PFC运行。内置抑制计时器限制最小toFF时间，防止轻载时开关频率过高。
4. PFC级电路保护
   • PFC输出电压UVP和OVP（INV引脚）：由INV引脚电压检测和确定PFC输出过压和欠压保护，当INV引脚电压异常时，激活保护电路，终止PFC开关运行。
   • PFC峰值限流（CSPFC引脚）：PFC开关电流由CSPFC引脚上的电流检测电阻检测，当检测电压高于阈值电压时，PFC栅极立即关断。
   • 通电/掉电保护（VIN引脚）：通过VIN引脚检测AC输入电压电平，当AC电压下降，VVIN电压低于1V持续100ms时，激活UVP保护，降低PFC输出电压。激活掉电保护后，VDD电压进入打嗝模式，直到满足条件才恢复开关运行。

PWM级

1. HV启动和工作电流（HV引脚）：HV引脚通过电阻连接至AC线路，内置高压启动电路在施加AC电压时为外部VDD电容器充电，缩短启动时间。VDD电压超过导通电压后，高压启动电路关断，减少功耗。
2. 绿色模式运行和PFC导通关断控制（FB引脚）：采用绿色模式根据FB引脚电压调节开关频率，延长DCM运行模式下的波谷开关，减少开关损耗。FB引脚电压还用于控制PFC级电路的导通或关断状态，在空载或轻载时关断PFC级可提高转换效率。
3. 波谷检测（DET引脚）：绿色模式运行时，tOFF - MIN时间由FB引脚电压确定，之后内部波谷检测电路激活。当检测到PWM开关漏极电压波谷时，输出PWM栅极信号，开始新的开关周期。
4. 高/低压线路过功率补偿（DET引脚）：由于不同AC输入电压下，PWM开关关断延迟产生不同的最大输出功率，FAN6921ML通过调节CSPWM引脚的VLIMIT来控制PWM开关电流，实现高/低压线路过功率补偿。
5. 前沿消隐（LEB）：内置前沿消隐时间，推荐在CSPWM引脚和GND之间连接小型RC滤波器，防止开关导通时电流检测电阻上的电压尖峰影响。
6. PWM级电路保护
   • VDD引脚过压保护（OVP）：防止VDD电压高于器件应力额定电压，出现OVP时进入闩锁关断模式。
   • 可调节的过温保护和外部闩锁触发（RT引脚）：RT引脚输出恒流，当RT引脚电压低于0.8V且持续保护延迟时间时，激活闩锁模式。外部门锁触发响应快，过温保护响应慢，可通过添加小型电容器避免不恰当触发。
   • 输出过压保护（DET引脚）：对PWM变压器电感器放电期间DET引脚的稳定电压进行采样，与内部阈值电压2.5V比较，激活保护功能后进入闩锁模式。
   • 开环、短路和过载保护（FB引脚）：FB引脚连接至光电耦合器晶体管的集电极，当FB引脚电压高于4.2V持续50ms时，激活保护。
   • VCC欠压锁定（UVLO，VDD引脚）：导通和关断VDD阈值电压分别固定在18V和10V，启动时VDD电容器由HV启动电流充电，达到导通电压且未触发保护功能时开始开关运行。

六、订购信息

提供了器件编号、过载保护（OLP）模式、工作温度范围、封装和Shipping等信息，方便工程师根据需求进行订购。

FAN6921ML以其集成化的设计、丰富的功能和完善的保护机制，为电源设计工程师提供了一个优秀的解决方案。在实际应用中，工程师需要根据具体的设计需求，合理利用芯片的各项特性和参数，确保电源系统的稳定、高效运行。大家在使用FAN6921ML进行设计时，有没有遇到过什么特别的问题呢？欢迎在评论区分享交流。