高效開關(guān)電源拓撲的利器：NCP4307同步整流驅(qū)動器

在開關(guān)電源（SMPS）的設(shè)計領(lǐng)域，同步整流技術(shù)的應(yīng)用對于提高電源效率至關(guān)重要。而onsemi推出的NCP4307，作為一款高性能的同步整流MOSFET驅(qū)動器，為SMPS設(shè)計帶來了諸多優(yōu)勢。今天，我們就來深入探討一下NCP4307的特性、應(yīng)用及工作原理。

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一、NCP4307概述

NCP4307專為開關(guān)電源中的同步整流MOSFET控制而設(shè)計，可獨立工作，也可作為初級側(cè)控制器的輔助IC，適用于連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）、不連續(xù)導(dǎo)通模式（DCM）和準諧振（QR）反激式應(yīng)用。其工作電壓范圍為4.0 / 3.5 V至35 V（典型值），寬 $V{CCL}$ 范圍允許直接連接到大多數(shù)適配器的SMPS輸出電壓，如筆記本電腦、手機充電器和液晶電視適配器。如果系統(tǒng)提供兩種不同的電壓電平，VCCH引腳可用于更高的電壓，NCP4307會從 $V{CCL}$ 和VCCH中選擇更優(yōu)的電壓以最小化功耗。此外，其自供電功能使其能夠在沒有合適電源電壓的系統(tǒng)中使用，特別是在高端配置中。

二、關(guān)鍵特性

2.1 精確的零電流檢測

與其他提供 -10 mV至 -5 mV關(guān)斷閾值的SR控制器相比，NCP4307提供0 mV的關(guān)斷閾值。當使用低RDS_ON（1 mΩ）的SR MOSFET時，NCP4307能在電流為0 A時關(guān)斷FET，顯著降低關(guān)斷電流閾值，提高效率。

2.2 超快的關(guān)斷速度

電流檢測引腳采用超快關(guān)斷比較器，無需額外組件或外部觸發(fā)即可在CCM應(yīng)用中實現(xiàn)NCP4307的應(yīng)用。此外，超快觸發(fā)輸入可進一步提高CCM模式下同步整流系統(tǒng)的效率，觸發(fā)輸入到驅(qū)動器關(guān)斷事件的時間延遲為tTRIG_PD。

2.3 內(nèi)部最小導(dǎo)通和關(guān)斷時間

為克服導(dǎo)通和關(guān)斷事件后的誤觸發(fā)問題，NCP4307提供內(nèi)部固定的最小導(dǎo)通時間和關(guān)斷時間消隱期，消隱時間可在生產(chǎn)過程中內(nèi)部設(shè)置。

2.4 高效的驅(qū)動能力

具備7 A / 2 A的峰值電流灌/拉驅(qū)動能力，能夠快速驅(qū)動同步整流MOSFET，提高開關(guān)速度和效率。

2.5 輕載檢測功能

通過檢測CS引腳的電壓，NCP4307能夠在輕載或無負載條件下降低功耗。當 $V{CS}$ 高于 $V{CSLLD}$ 超過tLLD時，激活輕載模式，電流消耗降低至 $I{CCLLL}$ 。當CS電壓低于 $V{CS_LLD}$ 時，輕載模式結(jié)束，IC需要tLLD_REC時間從輕載模式恢復(fù)。

三、引腳功能

NCP4307采用TSOP6封裝，各引腳功能如下：

• DRV：同步整流MOSFET的驅(qū)動器輸出。
• GND：同步整流MOSFET驅(qū)動器和 $V_{CCL}$ 去耦電容的接地連接，應(yīng)使用開爾文連接直接連接到SR MOSFET源極。
• CS：電流檢測引腳，檢測電流是否流過SR MOSFET及其體二極管，基本關(guān)斷檢測閾值為0 mV，內(nèi)部電流源從此引腳獲取電源以實現(xiàn)SR自供電。
• TRIG/DIS：超快關(guān)斷輸入，可用于在CCM應(yīng)用中關(guān)斷SR MOSFET以提高效率。如果拉高超過100 μs，則激活禁用模式。在特殊情況下，也可用作 +dV/dt檢測器引腳或驅(qū)動器阻塞。
• VCCH：連接到高于 $V{CCL}$ 引腳電壓的VCCH范圍內(nèi)的電壓，若不使用則連接到 $V{CCL}$ 引腳。
• VCCL：主電源電壓引腳，去耦電容應(yīng)連接到此引腳和GND引腳。若需要自供電，可通過二極管連接到具有 $V_{CCL}$ 范圍電壓的電源或連接電容。

四、工作原理

4.1 供電部分

NCP4307的供電部分可通過外部電源、輔助繞組或SR晶體管漏極電壓提供。在高端配置中，由于無法使用SMPS輸出電壓為SR供電，可使用輔助繞組或SR晶體管漏極電壓作為供電源。CS電流源在 $V{CCL}$ 較低時會減小電流，以避免在 $V{CCL}$ 引腳短路時損壞CS電流塊。

4.2 電流檢測輸入

當SMPS次級繞組電壓反轉(zhuǎn)時，SR晶體管的體二極管開始導(dǎo)通電流，CS引腳電壓低于 $V_{CS_ON}$ 閾值時，SR晶體管導(dǎo)通。由于寄生阻抗的存在，應(yīng)用中可能會出現(xiàn)顯著的振鈴現(xiàn)象，NCP4307通過設(shè)置最小導(dǎo)通時間和關(guān)斷時間來避免因振鈴導(dǎo)致的誤關(guān)斷。

4.3 最小導(dǎo)通時間和關(guān)斷時間生成

• 最小導(dǎo)通時間：目的是在導(dǎo)通階段開始時屏蔽噪聲電流，以最小化SR晶體管過早關(guān)斷的風(fēng)險。在最小導(dǎo)通時間內(nèi)，關(guān)斷比較器部分消隱，若關(guān)斷比較器檢測到高于 $V_{CS_OFF}$ 的電壓持續(xù)時間超過tCS_OFF_BLK，則SR晶體管關(guān)斷。
• 最小關(guān)斷時間：主要目的是在DCM振鈴期間屏蔽導(dǎo)通比較器，以避免驅(qū)動器誤觸發(fā)。當CS引腳電壓高于 $V_{CSRESET}$ 時，啟動最小關(guān)斷時間定時器，若在定時器執(zhí)行期間 $V{CS}$ 下降到 $V_{CS_RESET}$ 以下，則定時器復(fù)位。

4.4 負dV/dt檢測

在某些應(yīng)用中，初級側(cè)開關(guān)的導(dǎo)通時間較短，導(dǎo)致最小關(guān)斷時間未結(jié)束時，SR控制器無法及時導(dǎo)通SR MOSFET，從而使整個次級側(cè)電流流經(jīng)體二極管，造成功率損耗。NCP4307的負dV/dt檢測功能可在檢測到CS引腳的高負dV/dt事件時，縮短最小關(guān)斷時間間隔，使SR控制器能夠及時導(dǎo)通SR晶體管。

4.5 正dV/dt檢測

在有源鉗位反激式SMPS中，當負載從輕載變?yōu)橹剌d時，SR控制器可能會面臨困難的工作條件。NCP4307的正dV/dt檢測功能可通過檢測TRIG/DIS引腳的電壓變化，識別LEM過程，從而避免交叉導(dǎo)通和提高效率。

4.6 觸發(fā)/禁用輸入

NCP4307的超快觸發(fā)輸入可用于在深度連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）應(yīng)用中進一步提高效率和激活禁用模式。觸發(fā)引腳輸入主要為正邏輯（高電平有效），但特定版本可能為負邏輯（低電平有效）。觸發(fā)信號在tTRIG_PD內(nèi)正常響應(yīng)，但在tTRIG_BLANK間隔內(nèi)不響應(yīng)，以防止SR晶體管導(dǎo)通期間的誤觸發(fā)。

五、典型應(yīng)用

NCP4307適用于多種開關(guān)電源拓撲，如筆記本適配器、高功率密度AC/DC電源（手機充電器）、液晶電視等。其高性能和多功能特性使其能夠滿足不同應(yīng)用的需求，提高開關(guān)電源的效率和可靠性。

六、總結(jié)

NCP4307作為一款高性能的同步整流驅(qū)動器，具有精確的零電流檢測、超快的關(guān)斷速度、高效的驅(qū)動能力和輕載檢測功能等諸多優(yōu)勢。通過合理設(shè)計和應(yīng)用，能夠顯著提高開關(guān)電源的效率和可靠性，是電子工程師在開關(guān)電源設(shè)計中的理想選擇。在實際應(yīng)用中，電子工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求和系統(tǒng)參數(shù)，合理選擇NCP4307的型號和配置，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢。同時，還需要注意PCB布局和布線，以減少寄生參數(shù)對電路性能的影響。大家在使用NCP4307的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。