【導讀】現今電源供應器市場為因應全球減碳活動，已經將效能目標設定為更高效率、減少損失、節省能源、降低成本、提高系統容量為主。安森美(onsemi)提出最新高效能Totem Pole(圖騰柱) 結合全橋整流器之PFC IC NCP1680/1681設計方案，相較傳統PFC之轉換效率可以提升3%~4%，符合未來電源供應器之節省能源，降低成本，提高系統容量之訴求。加上NCP1680/1681快速的負載暫態補償響應，以及高規格安規等級各式保護功能，特別是具有PFC-OK訊號供應后級電源時序控制，NCP1680/1681應用達到高效率，高功率因子，以及高穩定性PFC應用。
為何要選用圖騰柱 PFC ？
以240W電源供應器設計為例，現行常用的傳統PFC 級+LLC諧振DC-DC Convert的效率已經可以達到極致(97%+97%)，但主要功耗來自于橋式整流器(Bridge Diode)，約占18% (以240W輸出功率計算)，而且橋式整流器需要散熱器(Heak Sink)幫助降溫，導致材料成本無法節省，如下圖。
為了減少橋式整流器的損耗，可以將四顆二極體改用MOSFET取代，另外PFC 輸出整流二極體亦可以改用MOSFET，以主動式IC控制M0SFET開關來達到降低二極體損耗，此一設計雖然可以降低損耗提升效率，但付出的代價是高昂的材料成本(低Rds_on 的MOSFET價格是Diode的數倍)。
3.僅需將幾個元件換位及移除就可以改成圖騰柱PFC 架構，一樣可以達到降低損耗的效果，如下圖。
4.無橋式整流器圖騰柱 PFC 的電路僅需四個MOSFET 切換元件，其中靠近輸入電源端定義為慢速臂(頻率同輸入電源50/60HZ)，靠近負載端(Bulk 電容)定義為快速臂
(65KHZ~100KHZ)，慢速臂可以用一般的Super Junction MOSFET，快速臂建議用第三代 半導體(GaN or SiC) MOSFET，可以達到最佳的效率。
Totem Pole PFC動作說明
以上便是針對安森美圖騰柱PFC IC NCP1681/1680工作原理的說明，是否讓您在設計初期對于圖騰柱 PFC的工作原理有初步的概念了呢？事實上，隨著各家電源供應器設計大廠陸續導入 NCP1680/1681 Totem Pole PFC 設計，有越來越多除錯(Debug)的經驗累積，接下來本文將會針對 NCP1680/1681 應用須知及除錯經驗分享，以利后進設計者能節省時間，更快上手。
NCP1681高功率圖騰柱PFC控制器
NCP1681高功率圖騰柱PFC控制器，主要為超高密度大功率離線電源，包括服務器電源、高性能計算機電源、通訊電源、工業電源和OLED電視電源等應用而推出。NCP1681專用于無橋圖騰柱功率因數校正(TP PFC)拓撲結構，工作在通用電源輸入電壓(90 - 265 Vac)，將非數字類控制TP PFC設計的優勢擴展到kW功率。滿足具有挑戰性的能效標準，如 “80Plus ”或 “CoC Tier 2”等在寬負載范圍都需要達到高能效標準的應用場合提供有效解決方案，同時減少設計時間和成本，使方案能更快地交付給市場。在高壓輸入下，NCP1681 TP PFC方案的效率將達近99%。
一、PCB Layout 須知
二、Totem Pole PFC 開機建議步驟
1.先斷開次級側電路(DC-DC Converter)，單獨測試PFC Stage ，Vcc 由外部直流電源供應器供電，AC 輸入電壓緩慢增加(限制輸入電流)。
2.觀察電感電流及輸出電壓波形，若有電流不平衡非Sinewave或目標電壓達不到，要立刻關機檢查。
3.慢慢加載(高壓負載)，持續觀察電感電流是否平衡？若有出現不平衡現象就要立刻關機檢查。
三、波形量測及問題除錯
因 PCB Layout 與 NCP1680/1681 開機成敗有很密切的關系，文中PCB Layout Guide系累積許多失敗經驗整理而成，請務必遵循上述Layout Guide執行，可避免走很多冤枉路。另外，依據筆者經驗，電感電流正弦波形是判定圖騰柱PFC正常動作與否的觀察重點，若有失真現象，務必找出問題再進行操作。
來源：大大通
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