Ameya360代理|茂睿芯MK2562系列，高性能CrM PFC控制器

发布时间：2023-05-09 11:27
作者：Ameya360
来源：茂睿芯
阅读量：2658

什么是PFC控制器？

PFC是功率因数校正（Power Factor Correction）的缩写，是一种电源管理技术，可以在交直流转换（ACDC）时提高电源对市电的利用率。简单来说，就是让ACDC电源输入的电流和市电的电压同相位变化，避免产生无功功率和谐波干扰。

茂睿芯一直坚持自主创新研发和特色差异化发展路线，推出了众多中大功率电源管理芯片精品。助力新能源新基建，茂睿芯重磅推出CrM PFC控制芯片MK2562系列。

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MK2562系列工作于临界导通模式（CrM），具有诸多优点：

①超低THD

②优化动态OVP 

③更低静态电流与启机电流

④优化启机时序，降低启机噪声和应力

新品发布| MK2562系列，高性能CrM PFC控制器

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一、更低静态电流与启机电流

图3展示了90V AC输入400V/80W输出的上电启机实验，MK2562具备更低的静态电流与启机电流。

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除了具备低静态电流和启机电流外，MK2562针对启机阶段还拥有独特的优化策略，确保系统一次启机成功，杜绝二次启机问题。

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二、优化动态OVP

OVP 是电源的一个极其重要的特性，旨在防止电源对较为灵敏的器件输入过高的电压。特别是当电源系统接入一个动态负载时，动态OVP变得尤为重要。传统动态OVP都是在Vout输出电压超过保护阈值时，直接关闭驱动，这样操作会造成系统噪声、纹波等一系列问题，MK2562优化后的动态OVP能够提前介入，尽可能的保证系统连续工作，提高系统性能。

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三、Brown in/out Function

Brown in/out指对系统电路的开启、关闭控制，拥有Brown in/out功能的芯片在恰当的输入电压下开启，且在输入电压过低时关闭，对系统起保护作用。MK2562系列支持Brown in/out 功能。

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四、软启动

软启动是为了降低PFC电路在启机时的噪声问题，传统PFC控制器通常不支持软启动。MK2562系列PFC加入了软启动设计，图7展示了90VAC输入 400V/80W输出的上电启机实验， MK2562的软起功能，使VCC电压的最大ΔV约684mV，纹波更小。

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五、130kHz、Valley switching（MK2562Q）

传统CrM PFC进入轻载时，工作频率变高，导致效率降低。MK2562系列支持固定130kHz限频的（DCM），也支持130kHz+ Valley switching（QR）限频以提高轻载效率。图8展示了 220VAC 输入， 400V/4W输出的测试结果，MK2562Q进入Burst Mode，全程工作在限频+谷底检测。

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在此基础上进行效率测试，分别测试轻载和重载条件下的效率，效率测试结果如下图示：

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六、直驱E-GaN功能（MK2562G）

随着GaN技术的成熟，E-GaN越来越多应用于PD，PD3.1等场景。茂睿芯在2021年推出业界最小SOT23-6直驱E-GaN的PWM控制器后，推出MK2562G,具有高PF和低THD优势的同时，可直驱E-GaN HEMT，外围更简洁。

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七、效率、PF及THD测试

图11展示了轻载（20W）和重载（80W）条件下，MK2562的效率、PF、THD测试结果。

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MK2562系列选型指南：

总结

MK2562系列是一款用于提高交流输入功率因数的CrM PFC控制器芯片，具有高度集成、灵活可靠、多种保护、低功耗等特点，可以应用于各种中等功率的PFC电路，如笔记本电脑充电器、LED驱动器、开关模式电源等。

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　　一、背景　　氮化镓(GaN)凭借着高效率、高功率密度和快速开关的优势，在消费类(快充、手机、LED)、汽车激光雷达、数据中心等领域迅速崛起。据TrendForce《2023 GaN功率半导体市场分析报告》显示，全球GaN功率元件市场规模将从2022年的1.8亿美金成长到2026年的13.3亿美金，复合增长率高达65%。在快充领域，Trendforce预计2025年氮化镓的渗透率也将超过50%。从技术演化的角度来看，在65W以下的快充和适配器领域GaN驱动技术经历了几个阶段：　　1、初期：　　使用硅基驱动器配合外部电路驱动GaN　　2、过渡期：　　采用专用的GaN PWM控制器驱动GaN　　3、当前主流：　　65W以下广泛采用PWM控制器与GaN集成的技术　　然而，随着技术的不断发展，业界仍然面临着一些挑战：　　1、驱动问题：　　由于GaN的特性，驱动器的设计和驱动电路的布局变得非常关键。必须确保安全、高效的驱动方式，以避免驱动震荡引起可靠性和EMI问题。　　2、散热问题：　　系统在低电压输入(Low Line)时的散热瓶颈，需要进一步提升效率。　　3、集成度问题：　　进一步缩小体积，提高集成度，以满足小型化需求。　　为了应对这些挑战，业界已经采取了一些技术措施：　　1、设计专门的GaN PWM驱动器，并和GaN集成以最小化驱动环路;　　2、引入电流无损检测电路;　　3、提高集成度，将GaN驱动器、GaN功率器件和无损电流检测集成在一起。　　二、五合一GaNControlTM PWM 芯片：MK2706　　在这样的行业背景下，茂睿芯推出了集成化程度更高的五合一GaNControlTM PWM 芯片MK2706，进一步提升了集成度和功率密度，并且实现：无损检测、安全驱动。　　三、MK2706 核心功能　　准谐振(QR)PWM控制器　　GaN驱动器　　GaN功率器件　　宽范围单VCC供电(8V-85V)　　电流无损检测电路　　MK2706是基于茂睿芯广受客户认可的四合一MK2789系列产品开发而成。MK2789系列已经集成了QR PWM控制器、驱动器、GaN功率器件和宽范围VCC供电。新一代产品MK2706在此基础上，最终实现高效率、高功率密度、高可靠性和低成本的PD解决方案。　　四、MK2706 产品优势　　1、节省损耗　　显著提高Low Line工作效率：在65W@90V输入条件下，效率提升0.3%-0.4%;　　90V输入时的热管理更加容易。　　无损检测节省损耗和对效率影响计算：　　节省采样电阻功耗，按65W计算，90V输入Ip_rms≈1.1A，Rcs=250mR，可节约Rcs损耗300mW;　　当前65W 90V输入效率约92.5%，输入功率约为65/92.5%=70.27W;　　效率提升=(65/(70.27-0.3))%-92.5%=0.39%。　　2、安全驱动　　驱动路径大幅缩短，减少了驱动回路寄生电感和寄生电容的影响;　　创新性地集成了米勒钳位电路，进一步提高了驱动的可靠性和效率。　　3、简化外围电路设计　　宽范围VCC供电(9V-85V)，对于PD调压输出(3.3V-20V)，也可省去VCC LDO供电电路;　　无损电流检测部分不需要外供电或者VCC电容，进一步简化外围设计;　　整个芯片外围器件非常少，节省加工成本。　　五、MK2706 系统板实测　　为了验证GaNControlTM技术的实际表现，我们进行了系统板测试：　　1、原理图与PCB布局　　整个ACDC功率级原边只有11个贴片电阻、7个贴片电容。贴片原件都放置于PCB背面，外围电路十分简单明了。　　2、效率测试　　MK2706 输入电压90V时满载效率可达93%　　结语　　秉承"关注客户需求，寻求客户满意"的服务宗旨，茂睿芯始终致力于开发能够真正帮助客户的产品，这款65W集成GaN 的AC/DC转换器MK2706的设计初衷正是为了让客户能够更省钱、省事、省心!　　茂睿芯坚信具有无损检测、安全驱动的高度集成五合一芯片方案将进一步推动PD快充工程技术发展。我们将以MK2706为起点持续挖掘客户需求，坚持创新，推出更多实惠、高效且可靠的芯片产品!
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茂睿芯： 110V/0.6A，集成30mA LDO的同步Iso-Buck转换器MK9816
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茂睿芯： 110V/0.6A，集成30mA LDO的同步Iso-Buck转换器MK9816

　　为高效赋能两轮电动自行车、AGV、机器人和园林电动工具等电池管理系统(BMS)的加速发展，茂睿芯推出了至简外围、低功耗的系统方案MK9816。应用MK9816 Iso-Buck的隔离侧(次边)输出，可以节省传统E-Bike BMS中所需的隔离模块，可无需外围环路补偿电路，提供更精简的解决方案。　　MK9816支持110V输入，0.6A输出，同时集成30mA预调整LDO，在系统待机时给MCU供电使用，降低系统功耗和物料成本;可配置PFM的频率，在保证次边输出带载能力的同时，避免了工作于FCCM的传统Iso-Buck轻载系统效率偏低问题。其内置低导通阻抗的高边和低边功率MOSFET，效率高达91.5%@IOUT=400mA;同时带多种保护功能，为系统性能、产品可靠性提供保障。　　一、MK9816产品特征　　·宽输入工作电压范围：7V-100V　　·VIN、SW、EN管脚绝对耐压高达110V　　·<10uA的关断电流　　·常使能预调整LDO(Vcc pin)输出电压：9V@0mA~5.5V@30mA　　·可配置的工作模式：　　—强制连续导通模式(FCCM)　　—脉冲频率调制模式(PFM)，PFM模式下零电流时间(TZC)可调　　·集成软启动电路　　·不需要外部环路补偿电路　　·集成700mΩ高边MOSFET和350mΩ低边MOSFET　　·VCC支持VOUT返回供电　　·保护功能：　　—输入欠压保护、输出欠压和过压保护　　—过流保护、过温保护　　二、MK9816封装及引脚功能　　1、MK9816 引脚封装图　　2、MK9816 引脚功能定义　　三、MK9816典型应用框图　　四、MK9816典型波形　　1、PFM和FCCM输出纹波　　测试条件：       (1)PFM模式，IOUT=0.1A，RMODE=47kΩ;       (2)FCCM模式，IOUT=0A，RMODE=2MΩ。　　PFM模式输出纹波                        FCCM模式输出纹波　　2、瞬态响应　　MK9816采用恒定导通时间 (COT) 控制架构，可实现出色的瞬态响应。测试条件：VIN=48V，VOUT=10V，IOUT=0.1~0.6A，di/dt=1.6A/us，duty=50%，L=47uH，COUT=20uF。　　3、原边和次边短路保护　　原边短路保护和恢复                        次边短路保护和恢复　　五、MK9816产品优势　　1、简单、低功耗的解决方案　　应用MK9816 Iso-Buck的隔离侧输出，可以节省传统E-Bike BMS中所需的隔离模块;内置5.5V 30mA LDO，系统待机时给MCU供电，降低系统功耗。　　2、PFM模式ZC时间可调　　通过配置MODE管脚的下拉电阻，可调节工作模式以及PFM模式下的零电流时间(TZC)，实现轻载高效且使开关频率高于人耳可听范围，以避免噪声。　　MODE管脚配置与工作模式的对应关系　　3、高效率　　MK9816集成低导通阻抗的高边和低边功率MOSFET，且通过配置MODE管脚电阻值可实现TZC可调，所以不仅可实现重载高效，也可实现轻载高效。　　测试条件：　　(1)VOUT=10V，工作在FCCM模式下，不同输入电压的效率曲线;　　(2)VOUT=10V，不同工作模式、不同TZC的效率曲线。　　不同输入电压下的效率曲线                    不同工作模式的效率曲线　　4、Vcc支持VOUT返回供电　　MK9816 Vcc管脚支持输出返回供电，使用VOUT返回供电给VCC，有利于提升0.3A负载以下的效率，效率可提升3%~5%。　　测试条件：　　VIN=48V，VOUT=10V，FCCM模式，VCC是否使用VOUT返回供电效率曲线。　　5、集成软启动电路　　MK9816集成了内部软启动电路，可避免上电启动过程中的输出电压尖峰以及电感电流的尖峰，有效降低启机过程中的电压和电流应力，确保系统可靠性。　　六、典型应用场景　　七、茂睿芯DCDC系列选型表
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