LD7792 PFC/PWM集成控制器的应用

全球暖化效应愈来愈明显之际，环保议题随之愈受重视，各种能效法规对效能的要求，不论是待机模式、轻载效率、系统整体效率是越来越高。通嘉科技一直演进产品效能以符合种种需求，总是不断追求减小设备体积，效率优化设计，以期最大限度地降低设备成本。其中，提高系统效率是作为开关电源电路设计中，最重要的一环。

输入瓦数大于75W状况下，需加入功率因数校正（Power Factor Correction,PFC）功能来提高功率因数（Power Factor,PF）以符合法规规范，由于高功率因数可以降低电压与电流的相位差造成的交换功率损失，从而提高了对电网的利用率。PFC架构分为被动式(Passive PFC)与主动式(Active PFC)，被动式PFC其PF值只有0.7~0.8，而主动式PFC其PF值大于0.9以上，是为现今的PFC主流架构。LD7792为一主动式PFC与PWM集成IC，PFC操作为Transition Mode模式，PWM为返驰式变换器（Flyback Converters）架构，操作在准谐振(Quasi Resonant)模式，两者的操作模式皆可以减少切换损失(Switching Loss)，对效率而言可以进一步提高。LD7792针对开机音频噪音(Audible Noise)加以改善，也增加降低THDi功能。PFC音频噪音藉由降低开机过程PFC输出电压过冲，切换频率(Switching Frequency)连续来改善，如图一所示。

CH1:Vo , CH2:PFC gate , CH3:Flyback gate , CH4:Vbulk

图一: 降低开机过程PFC输出电压过冲来改善噪音问题

PWM音频噪音藉由开机过程切换频率不落入音频(Audible Frequency)范围来改善，如图二所示。

             CH1:Vo , CH2:PFC gate , CH3:Flyback gate , CH4:Vbulk

图二: 开机过程切换频率不落入音频范围

THDi增加补偿机制，当AC电压在较低相位时增加PFC切换开关导通时间，改善因最大频率限制及PFC输入电容CIN造成的失真现象，如图三所示。

图三 : THDi补偿逻辑

LD7792为SOP-16包装，其保护功能相当齐全，举凡UVP、OVP、BNI、BNO、OTP、OLP、OSCP…等，图四为系统电路图。

图四 : 系统电路

以下是LD7792的功能及应用说明。

VCC Pin1： OVP、OSCP功能。

1.OVP : VCC >31.5V

当VCC电压大于31.5V会触发保护，IC停止Switching并重新启动，与FBAUX OVP可以做到双重保护功能。

2.OSCP : VFBCOMP >4.2V/16mS & VCC <10V

在输出端短路时，Vcc电压随之下降，VCOMP电压上升，当电压上升至4.2V以上且时间超过16mS，同时VCC电压低于10V以下，此保护即被触发。

FBAUX Pin4：Flyback ZCD、OVP功能。

图五 : FBAUX电路

1.ZCD : VFBAUX<0.05V

当FBAUX侦测到一负缘下降电压为0.05V时即将初级开关打开，如图六所示。

图六

2.OVP : IFBAUX>300uA

由FBAUX做输出过电压侦测较为准确，不会因轻载、重载而有太大的误差，如表一所示。当输出电压(VO)变化时，FBAUX平台电压会随着变压器圈比因素而变动，如果连续4个周期电流高过300uA将启动保护并将初级开关关闭，可透过调整RZCD设定OVP保护点。

(VO:输出保护电压点、VD: 次级二极管导通电压、NS:变压器次级绕组圈数、NAUX :变压器辅助绕组圈数)

表一

Latch Pin5： OTP功能。

1.OTP : VLATCH <1.25V

串联一颗NTC下地，温度上升阻值下降，当阻值跟源极电流乘积小于1.25V即进行保护。图七为动作示意图。

图七 : OTP示意图

PFC ON/OFF Pin7： PFC ON/OFF功能。

1.PFC ON/OFF : VFBCOMP <VPFC ON/OFF

VPFC ON/OFF电压可以由串联下地电阻跟源极电流乘积设定，并与VFBCOMP电压做比较来设定PFC开启关闭动作点(如图八所示)，让轻载、空载下将PFC关闭以提升效率及降低功耗(如图九所示)，让系统得到优化特性。VPFC ON/OFF电压也加入迟滞功能避免同一载点PFC开开关关现象产生，如表二所示。

图八 : PFC ON/OFF逻辑图

图九

表二

PFCAUX Pin8： PFC ZCD功能。

1.ZCD : VPFCAUX >0.2V

    当PFCAUX侦测到一正缘上升电压为0.2V时即将PFC开关打开，如图十所示。

图十

VOSENSE Pin9： PFC Vo Control、OVP功能。

图十一 : VOSENSE逻辑图

1.Vo Control : VREF =2.5V

       经由外部分压电阻设定输出电压，输入为低电压下内部会吐出一8uA电流，使得输   出电压较低，形成High/Low line其输出电压会有所不同，其目的是藉此可以优化系统整体效能。                                                                                      

   High Line PFC Vo = 2.5 × RA/(RB//RVOSENSE) +2.5 (V)

   Low Line PFC Vo = (2.5 - 8µA × RB) × RA/(RB//RVOSENSE) + 2.5 (V)

2.OVP : VVOSENSE >2.63V

       当VVOSENSE >2.63V将触动OVP机制并将PFCDRIVER功能关断，直到VVOSENSE降到2.5V才再次启动，如图十二所示。

图十二 : OVP示意图

FBSENSE Pin10：OCP功能。

1.OCP : VCS_Limit=0.65V

为了让高、低压保护点趋近一致，做了电流补偿机制，当输入为高压且FBCOMP电压高于2.9V时内部吐出一200uA电流流经ROCP电阻，得到一补偿电压做调整，如图十四所示。

图十三 : FBSENSE电路图

图十四 : OCP补偿

表三 : OCP保护点

PFCSENSE Pin11： PWM , QRM选择。

1.PWM/QRM : RPFCSENSE<220Ω or RPFCSENSE >820Ω

透过选择PFCSENSE外部串联的电阻RPFCSENSE，能让返驰式变换器(Flyback Converter)在降频区的操作模式做改变，电阻值小于220Ω为PWM操作(如图十五所示)，电阻值大于820Ω为QRM操作(如图十六所示)，两种模式各有优缺点(如表四所示)，设计者可以选择其一来设计。

图十五 : PWM切换

图十六 : QRM切换

表四

HV Pin16： High Voltage Startup、BNI、BNO、X-Cap Discharge功能。

1. High Voltage Startup :

当输入导通后高压启动线路会对VCC电容充电，当电压达到UVLO(on)之后，高压启动线路将会关闭以省下启动路径的功耗(如图十七所示)，让系统在空载下整体功耗降到最低，容易的达到法规要求。

图十七

2.BNI : 105VDC

   BNO : 95VDC                            

内建BNI、BNO避免输入电压过低时系统还在运作，可降低变压器饱和、零件温度过高等潜在危险性。

3.X-Cap Discharge : AC Off

当输入断开后HV pin会汲入一电流将X-Cap上的能量放掉以符合法规要求(如图十八)，所以不需外加将X-Cap能量泄放掉的泄放电阻，让空载的能耗近一步降低。

图十八

结论

此篇文章探讨LD7792产品，采用SOP-16封装IC，适合70~150W开关电源，拥有快速启动、低功耗、高效率等优点；同时也拥很多的保护功能，能够在异常发生时实时的保护系统。透过以上的介绍，提供电源设计者完整的解决设计方案。如有更进一步的需求，欢迎跟通嘉科技联络。