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AND8396/D NCP1608による力率補正

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AND8396/D

NCP1608

NCP1608電 率補正(PFC)

高調波規適 現設計 !"#350 W

"$%&'()最適性能*得+

臨界,通(CrM)-./"#独自電

方式0検知1234用!5 1近! 率(PF)達成"#6 電7蔵 高精度相894:誤;$%正確 御"#(:<=設計簡素>?@A B機能C装/ !"#

D$%&'()EFNCP1608 G用/HCrMI:PFC(400 V、100 W) 設計J装K! 説明/"#D 高 率L:時消費電 高$4<M IE時N率、?彩OP護機能QR !"。

PFC

S部T電UAVWXY:2Z電源

(SMPS)9[EI&2\整流WJ]4E

^_G用/ AC電源`+DC電

生成/"#/`/D方法非正弦波電流 消費*生aHb電 c給設Qd:e:*S

@O0"#"H政府規f電 g社`+要 求0電流h高調波成T抑R必 要*i0"#D+高調波成Tj要k 満H方法J/ $4<MIlPFCm路*最C普 n/ !"#(:<=Eo&p()整流 I&2\J]4E^_間PFC%&

接続/ 構成"(Figure 1)#I:

E$4<MIl 率補正最Cq般 的Om路構成#AC`+V6 電生成 /正弦波 電流消費/"#

Figure 1. Active PFC Stage with the NCP1608 Rectifiers

AC Line + High

Frequency Bypass Capacitor

NCP1608

PFC Pre−Converter Converter

+ Bulk Load Storage Capacitor

CrM

r電 (350 W未満)$%&'()s、

CrM (臨界,通)*t"/!御方式#

CrMu連続,通(DCM)J連続,通

(CCM)Jv界-./"#CrM94

電流*w達/HJI[E

=*開x"#

CrMy4電流L!CCM-.特徴J:

2Zz時電流*wiDCM-.特徴{

|QR !"#D御方式瞬時 電(Vin)J6 負荷応a }波数*~-/"。

CrM PFCI:E -.J波形

Figure 2示/"#PFC$%&'()G用 CrMI:E-.K! 詳/@

AND8123JP/D照/ @€!#

APPLICATION NOTE

www.onsemi.jp

(2)

Figure 2. Schematic and Waveforms of an Ideal CrM Boost Converter Diode Bridge

AC Line

+

L

Diode Bridge

AC Line

+

L

+

The power switch is ON The power switch is OFF

Critical Conduction Mode:

Next current cycle starts when the core is reset.

Inductor Current

+

With the power switch voltage being about zero, the input voltage is applied across the inductor. The induct- or current linearly increases with a (Vin/L) slope.

The inductor current flows through the diode. The inductor voltage is (Vout − Vin) and the inductor current linearly decays with a (Vout − Vin)/L slope.

Vout

(Vout − Vin)/L IL(peak)

IL Vin

Vdrain

Vdrain

Vin/L

Vout

Vin If next cycle does not start then Vdrain rings towards Vin +

IL

Vin Vdrain

NCP1608

NCP1608統AB機能Ly9:E

高精度誤;$%L:消費電 流O特徴QR X0‚牢Or電 CrMI :PFC$%&'()ƒ„…H

#

NCP1608-.K! 詳/@NCP1608JP/D

照/ @€!#NCP1608G用/HCrMI :E%&Figure 3示/"#

Figure 3. CrM Boost PFC Stage Featuring the NCP1608 +

AC Line EMI

Filter

1

4 3 2

8

5 6 7

+ Cbulk

LOAD (Ballast, SMPS, etc.) NCP1608

Vout

Rsense Cin

RZCD Rout1

Rout2

CCOMP

VCC

Ct

D L

FB Control Ct CS

GND ZCD DRV VCC

Vin

NB:NZCD

M

FByRout1JRout2構成抵抗TW 通a I:6 電検知/"#Fby

過電P護(OVP)L電P護(UVP)†<

ControlJzEy間接続抵抗J

^_組ˆ‰Š0‹Œ

幅限補1234形成/ !"#

(3)

ŽJ過電流P護行!"#7部e

Rsense(VCS)端電J7部&†‘e:

(VILIM)比較/"#VCS*VILIM達J

*[†O0"#ZCDyI:E9 4消磁検知/ I[/"#

I[E=ZCDy電(VZCD)*

VZCD(ARM)超RJ:/f* VZCD(TRIG)

未満L’/"#ZCD“線直”接続H抵抗 ZCDy電流限/"#

NCP1608DRVy強 O6 QR

!"#Do:XY(4E y9:*L!HbSlMOSFET• N率@:2Zz"#NCP1608*^M–

I]HJ6 *“H”""†状 態O+O!$4<MIJ2(I方%

]9—m路7蔵/ !"#

VCCy電源y#VCC*

E[電(VCC(on))0CL!J^:

消費電流35mA未満#D˜ 起-時 間*短@O0:時電 損™*L減

"#

!"

CrMI:PFC設計K!

[E–š94?@$%&'() EF解説 !"#Table 1!@K`›

示/"#

D$%&'()EFNCP1608 特長活`/H(400 V100 W)設計手 順K! 述œ"#ž*素早@部Ÿ 求b

Hb¡用NCP1608^žE¢]

www.onsemi.jp手"#

Table 1. Additional Resources for the Design and Understanding of CrM Boost PFC Circuits AND8123/D

AND8123JP/D

Power Factor Correction Stages Operating in Critical Conduction Mode AND8016/D Design of Power Factor Correction Circuits Using the MC33260 AND8154/D NCP1230 90 W, Universal Input Adapter Power Supply with Active PFC HBD853/D Power Factor Correction Handbook

!"1# %&'()*+,

£Table 2示/"#

Table 2. CONVERTER PARAMETERS

Parameter Name Symbol Value Units

Minimum Line Input Voltage VacLL 85 Vac

Maximum Line Input Voltage VacHL 265 Vac

Minimum Line Frequency fline(MIN) 47 Hz

Maximum Line Frequency fline(MAX) 63 Hz

Output Voltage Vout 400 V

Full Load Output Current Iout 250 mA

Full Load Output Power Pout 100 W

Maximum Output Voltage Vout(MAX) 440 V

Minimum Switching Frequency fSW(MIN) 40 kHz

Minimum Full Load Efficiency h 92 %

Minimum Full Load Power Factor PF 0.9

!"2#-./) 0,

I:E94 (L)eq.1計算"

#

Lv

Vac2@

ǒ

VǸ *out2 Vac

Ǔ

@h

Ǹ @2 Vout@Pout@fSW(MIN)

(eq. 1)

:2Zz}波数*最L}波数0高@O L 電(N )*最¤ sJ 最S s方計算"#

LLLv

852@

ǒ

400Ǹ *2 85

Ǔ

@0.92

Ǹ @2 400@100@40 k +581mH DDLLLVacLL計算94 

# LHLv

2652@

ǒ

400Ǹ *2 265

Ǔ

@0.92

Ǹ @2 400@100@40 k +509mH DDLHLVacHL計算94 

#

(4)

 400mH*選択"#94:許

¥;±15%#最S94: (LMAX) 460mH#eq.2B負荷時最L}波数計算/

"#

fSW+ Vac2@h

2@LMAX@Pout@

ǒ

1*Ǹ @2VoutVac

Ǔ

(eq. 2)

fSW(LL)+ 852@0.92

2@460m@100@

ǒ

1*Ǹ @240085

Ǔ

+50.5 kHz

fSW(HL)+ 2652@0.92

2@460m@100@

ǒ

1*Ǹ @2400265

Ǔ

+44.3 kHz

fSW VacLL J 50.5 kHzVacHL J * 44.3 kHz#

!"3#12Ct3)4

^_Ct最¤ 電時XY最 S6 電 時[E=*最SJOO  設V/"#最S[E=eq.3計算

"#

ton(MAX)+2@LMAX@Pout

h@VacLL2 (eq. 3)

ton(MAX)+2@460m@100

0.92@852 +13.8ms

Ct¥量*S¦J6 電 *過§O 0VacHL"HL6 電 時御範¨*狭"0

"#^_Ct eq.4計算/H 0

‰5`S@DJ推©/"#

Ctw2@Pout@LMAX@Icharge

h@VacLL2@VCt(MAX) (eq. 4)

IchargeXYVCt(MAX) NCP1608^(

記載 !"#所要6 電 c給 ªTO *最S[E=設V

Ct計算最SIchargeJ最¤VCt(MAX)G用/

@€!#

NCP1608^(«¬ ­’J

X0#

VCt(MAX) = 4.775 V (最¤)

Icharge = 297 mA (最S) Ct次O0"#

Ctw2@100@460m@297m

0.92@852@4.775 +860 pF

標準的O1 nF (±10%)ªTO®裕*得+"#

B高調波歪ˆ(THD)L減1.22 nF選択/"

(詳細D$%&'()EFTHDをさ らに低減する–4()照)#

!"4#ZCD56578)4

0"б(Figure 4照)#I:“線jZCD“線

“数比(N = NB: NZCD)eq. 5計算"#

NvVout*

ǒ

Ǹ @2 VacHL

Ǔ

VZCD(ARM)

(eq. 5) Nv400*

ǒ

Ǹ @2 265

Ǔ

1.55 +16

Figure 4. Realistic CrM Waveforms Using a ZCD Winding with RZCD and the ZCD Pin Capacitance

DRV

0 A

0 V

0 V 0 V 0 V Diode Conduction

MOSFET Conduction tz

RZCD Delay

Minimum Voltage Turn on

ton

toff TSW

tdiode VCL(NEG)

VZCD(TRIG) VZCD(ARM) VCL(POS) VZCD(WIND),on

VZCD VZCD(WIND),off

VZCD(WIND) Vout Vdrain IL(peak) IL

IL(NEG)

D設計“数比10J/"#RZCD*ZCD“ 線JZCDyJ間接続 !"*D ZCDy電流限Hb#D電流 10 mA未満限/O„«O0"б#RZCD eq.6計算"#

RZCDw Ǹ @2 VacHL

IZCD(MAX)@N (eq. 6)

RZCDw Ǹ @2 265

10 m@10+3.75 kW

!KZCD“線²³*検6 I [*:`RZCD JZCDy

´生¥量J˜ 決"0"#  *S

(5)

’/"#RZCD *¤¦Je電*

高!JI*[OHb:2Z zN率*L’/"#RZCD選択q般的O方法 最¤e電[RZCD G 用DJ#D 験0見K„"#

RZCDJZCDy¥量起¶遅延r等·

e¥量(CEQ(drain))*Figure 5示経路通a

放電"#

Figure 5. Equivalent Drain Capacitance Discharge Path +

AC Line EMI

Filter

+ D L

Iin

Cin

IL

Cbulk Vout

CEQ(drain)

CEQ(drain)MOSFET9[94

複的O´生¥量#CinCEQ(drain)放電

¸1]¹0º電"#Cinº電 I&2\整流W逆$:Hb 電流 (Iin)*w減»/"# 電流*wOJ THD*¼°/"#THDL減比率 (tz/TSW)最¤/"#DDtZIL = 0 A`+

IE["期間#比率(tz/TSW) L平方根½比›/"#

!"5#FB9OVP9UVP:;<=)*, Rout1JRout2抵抗T¾W*構成DVout L減/ `+FBy¯°/"#誤;$%

I[E=調整/ FBy電 誤;$%¿準電(VREF)J等/!電維持 /"#計算最À手順T¾W123 4$:電流(Ibias(out))選択#T¾W12 34$:電流雑音®裕J消費電 e[†最適> 選択"#Rout1

最適>H$:電流J6 電用!

eq.70計算"#

Rout1+ Vout

Ibias(out) (eq. 7)

100mA$:電流消費電 J雑音®裕 間許¥Á能Oe[†提c/"#

Rout1+ 400

100m+4 MW

6 電²³Rout1JFBy¥量設V 時V数Hb遅延/ `+FBy¯°

"#Rout1S¦ O0"б#S¦

JD遅延˜ OVP検6電[(p

*発生DJ*i0"#

Rout2VoutRout1XY7部†M24抵 抗(NCP1608Â様表記載RFB)˜ 決"0"

#Rout2eq.8計算"#

Rout2+ Rout1@RFB

RFB@

ǒ

VVREFout *1

Ǔ

*Rout1 (eq. 8)

Rout2+ 4 M@4.6 M

4.6 M@

ǒ

4002.5*1

Ǔ

*4 M+25.3 kW

D設計Rout225.5 kW選択/ !"#

結果6 電選択/H抵抗G用/eq.9 0計算"#

Vout+VREF@

ǒ

Rout1@RRout2out2)@RRFBFB)1

Ǔ

(eq. 9)

Vout+2.5@

ǒ

4 M@25.5 k25.5 k)@4.6 M4.6 M)1

Ǔ

+397 V

PFC段‹Œ幅*狭!Hb負荷急~時f起- 時[(p*生a"#NCP16086 * AB電超RO!OVPm路7蔵/ !"

#OVPm路VFBJ7部過電検6/!電 比較/ OVP障Ã*発生/H``ÄV/"

# OVP検6電eq.10計算"#

(6)

Vout(OVP)+VOVP

VREF@VREF@

ǒ

Rout1@RRout2out2)@RRFBFB)(eq. 10)1

Ǔ

Vout(OVP)+1.06@2.5@

ǒ

4 M@25.5 k25.5 k)@4.6 M4.6 M)1

Ǔ

+421 V

6 ^_(Cbulk) y4¢y4 6 電&2%](Vripple(peak-peak))*OVP検6電­

’OªTSO¥量O0"#Cbulk eq.11計算"#

Cbulkw Pout

2@p@Vripple(peak−peak)@fline@Vout (eq. 11)

DDfline = 47 Hz&2%]電3:E'

:Vripple(peak-peak) < 42 V# Cbulkw 100

2@p@42@47@400+20mF

Cbulk 68mFJ/ 選択Vripple(peak-peak)

15 V未満L’Š"#D0y46

電406.25 VJO0D y46 OVP

検6電(421 V)­’#

NCP1608L電P護(UVP)機能7蔵/ !"

#起-rCbulk*AC電y4 "

º電"#Cbulk*最¤電"º電O!

sNCP1608UVP障Ã検6/"#UVP検6

電eq.12計算"#

Vout(UVP)+VUVP@

ǒ

Rout1@RRout2out2)@RRFBFB)1

Ǔ

(eq. 12)

Vout(UVP)+0.31@

ǒ

4 M@25.5 k25.5 k)@4.6 M4.6 M)1

Ǔ

+49 V

UVP機能†M24E]%[%

E]%状態jP護C提c/"#FBy*

誤˜ †状態O˜Hs(Æ9DŽu良O

)(:<=7È2%&z˜ VFB*AV

>範¨7(O‰ÉVUVP < VFB < VREF)Á能 性*i0"#最S電 c給/

D応答/"#J6 電*Ê昇/ 部Ÿ

過度O:e:*``0"#NCP1608FB*†

状態s(:<=P護機能7蔵 / !"#7蔵%]9—抵抗(RFB)0 FBy*†状態O˜HsVFB*UVP /! ­’O/"#

-.rFBy*†/HsVFB* VREF`+L’/xb"#L’率RFBJFBy

´生¥量˜ ËÌ"#VFB*L’

JVControl*Ê昇/͘ [E=

VFB < VUVP"Ê昇/"。VFB < VUVPJ、UVP 障Ã*検6*^M–I]

"#Figure 6(':示/"#

Figure 6. UVP Operation if Loop is Opened During Operation

Loop is Opened

UVP Fault Ct(offset) VEAH VUVP VREF VFB

VControl Vout Vout VCC

VCC(off) VCC(on)

!"6#>?@3)4

電 部Ÿ¯°電流J電維持 ªTO®裕*得+ 決V/"#

電*最¤6 電 *最SJ94 Ey4電流*最SO0電 部Ÿ最S:

e:*``0"#D+部ŸFigure 3示/

"#

1.94Ey4電流(IL(peak))eq.13計 算"#

IL(peak)+Ǹ @2 2@Pout

h@Vac (eq. 13)

IL(peak)+Ǹ @2 2@100

0.92@85 +3.62 A

94N電流(IL(RMS))eq.14計算"

#

IL(RMS)+ 2@Pout

Ǹ @3 Vac@h (eq. 14)

IL(RMS)+ 2@100

Ǹ @3 85@0.92+1.48 A

2.6 9[(D)N電流(ID(RMS))

eq. 15計算"#

ID(RMS)+4

3@ Ǹ @2 2

Ǹ

p @ Pout h@

Ǹ

Vac@Vout

(eq. 15) ID(RMS)+4

3@ Ǹ @2 2

Ǹ

p @ 100

0.92@Ǹ85@400+0.75 A

(7)

9[``最S電VOVP(421 V)

´生¥量影響[(p°RH  O0"。D^EÎ最S電450 V

#600 V9[s^Me<MzÏ

数25%#D設計MUR460 (4 A/600 V)9 [選択/ !"#

3. MOSFET(M)N電流(IM(RMS))eq.16計 算"#

IM(RMS)+ 2

Ǹ @3

ǒ

hP@outVac

Ǔ

@

Ǹ

1*

ǒ

Ǹ @32@p8@@VVacout

Ǔ

(eq. 16) IM(RMS)+ 2

Ǹ @3

ǒ

0.92100@85

Ǔ

@

Ǹ

1−

ǒ

Ǹ @32@p8@@40085

Ǔ

+1.27 A

MOSFET``最S電VOVP(421 V)´生

¥量影響[(p°RH O0

"#D^EÎ最S電450 V#

560 VMOSFETs^Me<MzÏ数

20%#D設計SPP12N50C3 (11.6 A/560 V) MOSFET選択/ !"#

4.電流–:抵抗(Rsense)MOSFET最S 94Ey4電流限/D  eq.17計算"#

Rsense+ VILIM

IL(peak) (eq. 17)

DDVILIM NCP1608^(記載

!"#

Rsense+ 0.5

3.62+0.138W

消費電 L減Hb電流–:抵抗

0.125W*選択"#Í結果最S94

Ey4電流4AJO0"#MOSFET連続電流

V格7 A (£È^(記載JX

0、TC = 100°Cs)、94飽Ð電流4.7 A O最Sy4E94電流4 AªTL!

 #

Rsense消費電 eq. 18計算"#

PR

sense+IM(RMS)2@Rsense (eq. 18) PR

sense+1.272@0.125+0.202 W

5.6 ^_(Cbulk)N電流eq.19 計算"#

IC(RMS)+ Ǹ @2 32@Pout2

9@p@Vac@Vout@h2*Iload(RMS)2

Ǹ

(eq. 19) IC(RMS)+ Ǹ @2 32@1002

9@p@85@400@0.922*0.252

Ǹ

+0.7 A

Cbulk 手順5計算&2%]電L

@抑R OVP*&ÑO!/"#Cbulk

 N電流*CbulkV格超RO!

Hbs˜ ¼fDJ*必要#

Cbulk電V格Vout(OVP)0高@必要*

i0"#Vout(OVP)421 VOCbulk電V格

*450 VO選択/"#

!"7# >A>BVCC

VCC^_(CVcc)VCC(on)º電標準的O

方法VinJVCC間抵抗接続DJ#

NCP1608起-時消費電流*»O!Hb、起-時抵

抗電流S部TCVccº電DJ*"#

D起-時消費電流*»O!Hb起-時間*短

@:時消費電 *減»/"#起-時 間(tstartup)概算 eq.20計算"#

tstartup+ CV

CC@VCC(on) Ǹ @2 Vac

Rstart *ICC(startup)

(eq. 20)

DDICC(startup) = 24mA (標準 )#

CVcc*47mF^_J/ 選択、Rstart*

660 kWJ/ 選択Hststartup

O0"#

tstartup+ 47m@12 Ǹ @2 85

660 k*24m

+3.57 s

VCC電*VCC(on)達JNCP16087部&

†‘e:J\24m路*[O0"#

NCP1608VCC*VCC(off)0L@O+O!限0 確-.状態維持L電24$—

(UVLO)機能QR !"#DÒ:<&(:

0Ó電源*VCC電 c給ªTO時 間*確P"#

ZCD“線*考R+解決策*ZCD“線 発生電*必要O電0CL!s*i0"

#CqK方法ZÔ\EÕ%m路 装/ VCCc給DJ#ÍOm路 Figure 7示/"#

Figure 7. The ZCD Winding Supplies VCC using a Charge Pump Circuit

+

1

4 3 2

8

5 6 7 GND

ZCD NCP1608

+ Cin

Rstart D1

R1

CVcc RZCD

C3 IAUX DAUX

DRV VCC FB

Control Ct CS

(8)

C3ZÔ\EÕ%用¸1]¹蓄R"

#R1電~>率L減DJ˜ 電流 限/"#DAUXÈoÖ*負J C3電流c給/正JVCC¯°

最S電限/"#

C3端電1}期X„電~-eq.21 計算"#

DVC3+Vout

N *VCC (eq. 21)

CVccº電電流eq. 22計算"#

IAUX+C3@fSW@DVC3+C3@fSW@

ǒ

VNout*V(eq. 22)CC

Ǔ

PFC必要J[†AC−DC電源s、

q般2段方式*G用"#1段目CrMI:

PFC#D`+2段目(q般†24"

H†×3方式絶縁l)電 c 給/"#D解決策:N果*高@…H性 能達成/"#L6 電 状態JPFC段 u要i0N率*L’/"#NCP1230fNCP1381 OØ進L6 電 状態検6

/PFC(VCC)Ù0Ú/ PFC段(Ô29—

/"(Figure 8)#

Figure 8. Using the SMPS Controller to Supply Power to the NCP1608 1

7 6 5 2

3 4

NCP1608

+

+ +

+ 1

7 6 5 2

3 4

NCP1230 PFC(VCC)

8 8

+ D

Cbulk

VCC

+

!"8#CD>E)FG

PFC%&AC電急接続 J突電流*流通常 数ÛÜ振電[

(p*発生/"#突電流XYÜ振電 [(pÝ理Hb電 部Ÿ 

見直/ ! :*``0¦"#

1. 突電流限用ÚDŽ抵抗

NTC (負温度Ï数)_š:9[J直”

接続/ 突電流抑R"(Figure 9)#NTC 抵抗I2R電 損™˜ °熱J数[

=`+数š&[=L’/"#/`/NTC抵 抗AC電L’fm復時OAC 電瞬断時発生突電流`+94 JCbulkªTP護O!XÍ*i0"#

2. 起-時:整流W

Vin`+Vout整流W*接続"(Figure 10)# D整流W94d起-電流迂mŠ

直接Cbulk流Þ/"#D方法O+

Ü振[(pC過度O94電流CO

@AC電y4 "Cbulk*º電

"#起-後Dbypass逆$:*``H b、I:EßÃDJi0"

б#

Figure 9. Use a NTC to Limit the Inrush Current Through the Inductor

NCP1608

+ Vac

Vin NTC

Vout

Figure 10. Use a Second Diode to Route the Inrush Current Away from the Inductor

NCP1608

+ Vac

Vin

Vout Dbypass

(9)

!"9#HIJK/)LM,

%& 電J6 電 範¨BŒ

‰H˜ AV-.補"#]%

補HbControlyJzEy間

補1234*接続"# 率高@

Hb]%‹Œ幅20 Hz未満設V"

#D設計à相®裕ƒÊŠHb

%2補1234*選択"#%2 補1234Figure 11示/"#

Figure 11. Type 2 Compensation Network FB

Control

+

E/A

+ gm

CCOMP RCOMP1

CCOMP1 Rout2

Rout1

VControl Vout

RFB

VREF

Compensation Network

%21234CCOMP、CCOMP1、RCOMP1 構成"#CCOMP14:[}波数 (fCROSS)設V/eq.23計算"#

CCOMP1+ gm

2@p@fCROSS (eq. 23)

D設計THDL減HbfCROSS*平

á 電(175 Vac)時5 Hz設V"#gm

NCP1608^(規V !"#

CCOMP1+ 110m

2@p@5+3.5mF

3.3mF正規>H *選択D0 fCROSS*5.3 Hz設V"#

RCOMP1追°J]%応答*wO0"

#w}波数(fzero)q般4:[}波数 âT設V"#D':2.5 Hz

#RCOMP1eq.24計算"#

RCOMP1+ 1

2@p@fzero@CCOMP (eq. 24)

RCOMP1+ 1

2@p@2.5@3.3m+19.3 kW

RCOMP120 kW選択"#CCOMP高}波

Fã†M]G用CCOMP1 1/10ä1/5設V"#D設計CCOMP

CCOMP11/5O選択"#

CCOMP+

ǒ

15

Ǔ

@3.3m+0.66mF CCOMP0.68mF選択"#

à相®裕XY4:[}波数AC 電応a ~>/"#i+å-.条kj/

æ得Jà相測VDJ*重要#123 4E$çžG用/H測V–2$2%

Figure 12示/"#

Ch A High−Voltage

(> 450 V) Isolation Probe

Ch B High−Voltage

(> 450 V) Isolation Probe

Figure 12. Gain-Phase Measurement Setup for a Boost PFC Pre-Converter +

AC Line

EMI Filter

GND ZCD

+

Load Vout

Ct

Isolator Network Analyzer L

NCP1608

D

M Cbulk

Rsense 1 kW

VCC Cin

RZCD Rout1

Rout2 CCOMP

VCC DRV 4

3 2 1

CS Ct Control FB

5 6 7 8

(10)

PFXYTHDj過渡応答e[†*

i0"#†M24E]%‹Œ幅*狭!

HbControly&2%]電*L’/"#

Controly&2%]電*L’JPF*高@

O0THD*減»/"*[(pJ$9 (p*S@O0"#

THDNO%PQ

NCP1608[E=*èV X0¬設

計最適>é際自由度*高@O˜ !"#

­’設計ÑPFJTHD+改 êHb方法提c/"#

1.RS/STU-V)WXYZ,[\]^_

`>TTHD/PF)ab,#

èV[E=CrM御1K欠点AC

*wE4:J瞬時 電*uª TèV[E=期間r94ªT O¸1]¹*蓄R+O!DJ#¸1]¹

*ëJ±Ý理5“wE4:[歪ˆ” (Figure 13)*発生/"#

Zero Crossing Distortion Vout (10V/div, ac coupled)

Iin (500mA/div)

Vin (100V/div)

Figure 13. Full Load Input Current (Vin = 230 Vac 50 Hz, Iout = 250 mA) wE4:歪ˆ0THD*¼°/%&

PF*L’/"#NCP1608ªT®裕持

˜ 電流歪ˆL減HbIEC61000-3-2 要k満HDDJq般的ì題i 0"б#THD"HPF改ê必要*is wE4:歪ˆL減必要*i0"#

wE4:歪ˆL減Hb瞬時 電

*w減»/H+[E=*延長"#

D094電流蓄積Hb時間

*長@O0歪ˆ*x"瞬時 電*L’/"

#D方法Vin`+Ct抵抗接続/ 装

"(Figure 14)#抵抗電流(ICTUP)瞬時電

比›/IchargeJ算 Ctº電電流¼°

Š"#

ICTUPViny4最SJO0wE4:

時ëíwO0"#

(11)

Figure 14. .Add RCTUP to Modulate the On Time and Reduce Zero Crossing Distortion +

AC Line

Ct +

PWM

Ct

L

ton

Ct(offset) VControl VDD

Icharge

DRV Vin

Cin RCTUP

ICTUP+ Vin RCTUP

Viny4時º電電流*¼RHbVacHL

"HL6 電 時御範¨狭bDJO@

Ct^_¥量S@DJ*"#

Ct^_ *S!JwE4:Ç近 [E=*長@O0wE4:歪ˆ*L

減"(Figure 15)#AC}期}波数~- C減»/"#D方法欠点RCTUP˜ :時電 損™*¼SDJ#THD XYPF求b+性能J:時電 損

™j要k:é必要*i0"。

Figure 15. On Time and Switching Frequency With and Without RCTUP time Vac(t)

ton

fSW

with RCTUP with RCTUP

no RCTUP

no RCTUP

(12)

THDRCTUPdîï度Figure 16示/"#

RCTUP = open Ct = 1 nF

RCTUP = 1.5 MW Ct = 1.22 nF

Figure 16. Dependency of THD on RCTUP (Iout = 250 mA)

85 115 145 175 205 235 265

0 2 4 6 8 10 12 14

THD (%)

Vin (Vac)

2.^_D>Bcd P`>ETTHD\PF)ab ,#最S 電時"HL6 電流時所要[E

=*最¤[E=(tPWM)0短!s DRV]::ð2%/ 6 過§O電 *送 +O!/"#D˜ 次(' :*発生/"#

1.[E=*過§OJVcontrol* Ct(offset)"L’/"#

2. Vcontrol < Ct(offset)JI^M–

I]"#

3.I*^M–I]Vout*L’/

"#

4. Vout*L’JVControl*Ê昇/"#

5.D(':*繰0返"#Figure 17 (':示/"#

Figure 17. Required On Time Less Than the Minimum On Time

DRV Ct(offset) VControl VREF VFB Vout Vout

D(':˜ 電流歪ˆ*S@

O0"#最S 電時"HL6 電流時 THDXYPF改ê方法次2K#

1.^_Ct最適O¥量DJ#ñ述 JX0^_Ct最¤

電時XY最S6 電 時[E=

*最SJOO 設V"#Ct

¥量*S¦JVacHL"HL6 電 時御範¨*狭"0"#

2.ò播遅延補:

^_Ct¥量最適>/ C必要O性 能*達成O!sCtJ直”抵抗 (RCT)接続/ PWMò播遅延補

DJ*必要Os*i0"#Figure 18

示JX0Ct電*VControl設V 達

JPWMe*[

E=終󊲳送6/"#

Figure 18. Block Diagram of the Propagation Delay Components

Ct +

PWM Control

Driver

Ct RCT

VDD Icharge

DRV

VControl

Ct(offset)

VCt(off)

DRV

RDRV

Rsense Vgate

Iswitch

(13)

VCt(off)達/ `+MOSFET*ôB[†O

"遅延(tdelay)*i0"#tdelayPWM

eò播遅延(tPWM)JMOSFET•電

*wO"時間(tgate)˜ 生a"#

D+遅延Figure 19示/"#

Figure 19. Turn Off Propagation Delays Ct

tPWM

tgate tdelay VCt(off)

Vgate

Iswitch

計遅延eq.25計算"#

tdelay+tPWM)tgate (eq. 25)

tdelay˜ MOSFET際[E=*長

@O0"#

抵抗(RCT)^_Ct直”接続/Hs Bõ[E=eq.26計算 €„短

@O0"#

Dton+Ct@DVRCT

DIRCT +Ct@RCT (eq. 26)

/H*˜ ò播遅延補Hbeq.27 RCT 計算/"#

RCT+tdelay

Ct (eq. 27)

NCP1608 ^ ( tPWM最S   130 ns規V !"#tgateMOSFET• 電荷JRDRV応a ~>/"#D^EÎ

•遅延時間約230 ns測V"#

RCT+360 n

1 n +360W

ò播遅延補、RCT = 365WªT。

Figure 20ò播遅延補DJ˜ VacHL

XYL6 電 時THDL減方法示/"

#

RCT = 0 W

25 30 35 40 45 50

0 10 20 30 40 50

THD (%)

Figure 20. Low Output Power THD Reduction with RCT (Vin = 265 Vac 50 Hz, RCTUP = Open, Ct = 1 nF)

Pout (W) RCT = 365 W

DRV Pulse Skipping Begins

6 電 範¨BŒ方THDL減手法 組ˆ‰Š THD’öDJ*"。Figure 21 wE4:歪ˆL減/ò播遅延補

DJ˜ 6 電 範¨BŒX! 最S 電時THDL減方法示/"#

RCTUP = open RCT = 0 W Ct = 1 nF

25 35 45 55 85 95

0 10 20 30 40 50

THD (%)

Figure 21. THD Reduction with RCTUP and RCT (Vin = 265 Vac 50 Hz)

Pout (W)

65 75

DRV Pulse Skipping Begins

RCTUP = 1.5 MW RCT = 365 W Ct = 1.22 nF

(14)

efô成/H^EÎm路éFigure 22示/

"#

Figure 22. 100 W Pre-Converter Using the NCP1608 C3

Dboost

Cin

D1

CVcc2

Cbulk + CVcc +

Rdrv

Rs1 U1

NCP1608

ZCD 5

3 Ct GND 6

4 CS

Vcc 8 DRV 7 1 FB

2 Control

Ro1b

Lboost J3

J1 L2

F1

C2

Q1 Daux

Rzcd Bridge

NTC

Rct Rctup1

Rctup2

Ro1a J2

Czcd L1

Dvcc

Ccomp1 Ct1

Rout2a

Ct2

Rout2b Rcs

Ccs Rstart1

R1

Rstart2

Rs3 Rs2 Ddrv C1

Rcomp1 Ccomp

t°

部Ÿ表(BOM)e$—XYI:計算

式Í÷Appendix 123示/"#D%

& … HTHD (Figure 23X Y Figure 24)PF (Figure 25)N率(Figure 26)現/

!"#œ 測V­’条k行"

#

Î最S負荷最¤ 電30T間 -.ŠH後

}¨温度25°C、[%E†e=、強通気O/

電 øùTHDPM3000A電 計測V

6 電HP34401Aú]Z£測V

6 電流PLZ1003WH電U負荷G用/ 設V

6 電流HP34401Aú]Z£測V

6 電 6 電J6 電流h算/ 算6

(15)

Figure 23. THD vs. Input Voltage Figure 24. Individual Harmonic Current

Vin (Vac) Nth HARMONIC

280 230

180 130

80 0 2 4 6 8 10 12 14

29 25 17

13 9 5 1 0 0.1 0.2 0.3 0.5 0.6 0.7

Figure 25. PF vs. Input Voltage Figure 26. Efficiency vs. Input Voltage

Vin (Vac) Vin (Vac)

290 255

220 185

150 115

80 0.90 0.91 0.92 0.94 0.96 0.97 0.98 1.00

290 255 220

185 150

115 80 90 92 94 96 98 100

THD (%) HARMONIC CURRENT (A)

PF EFFICIENCY (%)

Pout = 50 W

Pout = 100 W

0.93 0.95 0.99

Pout = 50 W

Pout = 100 W

Pout = 50 W Pout = 100 W

0.4

21 33 37

Pin = 75 W 115 Vac 60 Hz 230 Vac 50 Hz

IEC61000−3−2 Class D Limits

31 27 19

15 11 7

3 23 35 39

(16)

D>E\`>B

電流J6 電&2%]Figure 27示/"

#Figure 28示JX0無負荷状態%&

起-ŠDJ˜ 過電P護確認

"#NCP1608Vout*421 V達JOVP 障Ã検6/Vout*410 VL’Jû起-/"

#

Vin (50V/div)

Iin (1A/div)

Vout (10V/div, ac coupled)

Figure 27. Input Current and Output Voltage Ripple (Vin = 115 Vac 60 Hz, Iout = 250 mA)

Figure 28. Startup Transient Showing OVP Detection and Recovery (V = 115 Vac 60 Hz, I = 0 mA) VCC (10V/div)

VDRV (10V/div)

Vout (100V/div)

Vin (100V/div)

(17)

gh7ij

}波数応答最¤XY最S 電時J最S6 電 時測V"#Figure 29最¤ 電 時4:[}波数*2 Hzà相®裕*71°

iDJ示/ !"#Figure 30最S 電 時4:[}波数*10 Hzà相®裕*53° iDJ示/ !"#

Figure 29. Frequency Response Vin = 85 Vac 60 Hz Iout = 250 mA

1 10 100

−100

−80

−60

−40

−20 0 20 40 60 80 100

GAIN (dB)

−150

−120

−90

−60

−30 0 30 60 90 120 150

PHASE (degrees)

FREQUENCY (Hz)

Figure 30. Frequency Response Vin = 265 Vac 50 Hz Iout = 250 mA

1 100

−100

−80

−60

−40

−20 0 20 40 60 80 100

GAIN (dB) PHASE (degrees)

FREQUENCY (Hz) Phase Margin

Phase

Gain

fCROSS

Phase Margin

Phase

Gain

fCROSS 10

−150

−120

−90

−60

−30 0 30 60 90 120 150

(18)

kSlmnopqr(FPP)st&

^EÎNCP1608FPP機能証

HbFByJ†M24E1234 間\ԏ(J1)*i0"#Figure 31示JX 0 電 ¯°ñJ1Ù0Ú/H

sI決/ 1I]"б#

-.rJ1Ù0Ú/HsI^M–

I]"(Figure 32)#J1FPP機能確認目 的ˆ用意 X0製造H(:<=

設„"б#

Figure 31. Startup with Jumper Removed (Vin = 265 Vac 50 Hz, Iout = 0 mA) Vin (100V/div)

VCC (5V/div)

VDRV (5V/div)

Vout (100V/div)

No DRV Pulses

(19)

^EÎTHDL減"H消費電 L減H b構成"#Table 3構成結果示/"

#

Table 3. DEMONSTRATION BOARD CONFIGURATION RESULTS

RCTUP

Ct (RCT = 0 W)

Shutdown Power Dissipation (VFB = 0 V) (Vin = 265 Vac 50 Hz)

Efficiency (Pout = 100 W) THD (Pout = 100 W) 115 Vac

60 Hz

230 Vac 50 Hz

115 Vac 60 Hz

230 Vac 50 Hz

open 1 nF 224 mW 93.5% 95.7% 8.4% 12.5%

1.5 MW 1.22 nF 294 mW 93.5% 95.5% 4.4% 6.2%

uvwx

FPP機能FBy*†状態O˜HJ (:<=P護DJˆ目的J/ !"

\ԏÙ0ÚJ注意*必要#

ジャンパを取り外した状態では、ジャンパ・ピンに どのワイヤも取り付けないでください。FBy3 ü接続JÍy過§OFã*結

"#D0FPP*正/@-./O@O 06 最S電 *送+"#D0 Cbulk過§O電*¯°Á能性*i0"#

ジャンパを取り外すときは必ず、適切な安全メガネ を装着してください。

\ԏ高部Ÿ隣配置 ! -.r素手f非絶縁金ýþÿÙ0ÚO!

@€!#

;-yz{,|}~

:2Zz電源e$—時部Ÿ配置 慎重検討/O„«O0"б#高電XY S電流0発生/HFãNCP1608y 結XÍ*i0"#­’Ñ 従R«過§OÈ2%&zÁ能性減+D J*"#

1.­’部Ÿ€„NCP1608近@配 置/"#

a. ^_Ct

b. VCC^È2%&zE^_

c. Controly補部Ÿ

2.特高電流]%用abe:長 最短/"#

3.高電流接続幅広!e:G用/"

#

4.電源zJ²³z間単q点 z接続G用/"#

ž*験^Eέ’

部Ÿ装用*設„ i0"#

1. CCS:CSy^È2%&zE^_

追°Hb

2. CZCD:ZCDy^È2%&zE^

_追°Hb

3. DDRV:Q1高速[†用9[

追°Hb

4. DVCC:4%VCC9[追°

Hb

5. ROUT2B:0正確O6 電*得+

抵抗追°Hb

6. RS3:0正確O94Ey4電流

限行"H電流–:抵抗°熱緩 Ð抵抗追°Hb

c\汎用 電100 WI:E

Õ\G用/ 設計 !"#D

NCP1608G用/ 装"# 電

範¨BŒ6 電 *100 WJPFTHD N率Í÷0.97超8%未満92%超#

電 75 WsIEC61000−3−2

Class D限界準拠/"#測V

à相®裕*50°超R 電範¨BŒ‰H˜

AV/ -./"#最後過電P護XY†

<Mz端UP護機能*過§O6 電発生 /O!P護/"#

^EÎNCP1608機能J柔軟性証

設計 !"#D設計Ñ 過¦5!`O製造E製.X„性能 P証CCi0"б#

参照

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