深入解析NCP1050 - NCP1055系列高壓開關(guān)穩(wěn)壓器

在電源設(shè)計(jì)領(lǐng)域，找到一款能夠滿足低待機(jī)功耗要求、同時(shí)具備高性能和可靠性的穩(wěn)壓器至關(guān)重要。ON Semiconductor的NCP1050 - NCP1055系列高壓開關(guān)穩(wěn)壓器就是這樣一款值得關(guān)注的產(chǎn)品。今天，我們就來深入了解一下這個(gè)系列的產(chǎn)品。

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產(chǎn)品概述

NCP1050 - NCP1055是一系列單片高壓穩(wěn)壓器，旨在使終端產(chǎn)品設(shè)備符合低待機(jī)功耗要求。該系列產(chǎn)品將所需的轉(zhuǎn)換器功能集成在一起，為辦公自動(dòng)化、消費(fèi)和工業(yè)產(chǎn)品提供了簡單而經(jīng)濟(jì)的電源系統(tǒng)解決方案。這些器件設(shè)計(jì)為直接從整流后的交流線路源運(yùn)行，在反激式轉(zhuǎn)換器應(yīng)用中，它們能夠在固定交流輸入（100 V、115 V或230 V）下提供6.0 W至40 W的輸出功率，在可變交流輸入（85 V至265 V）下提供3.0 W至20 W的輸出功率。

產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

獨(dú)特的啟動(dòng)電路

啟動(dòng)電路消除了對(duì)轉(zhuǎn)換器變壓器輔助偏置繞組的需求，這大大簡化了電路設(shè)計(jì)，降低了成本。同時(shí)，還提供了可選的輔助偏置繞組覆蓋功能，適用于最低待機(jī)功耗應(yīng)用。

全面的保護(hù)功能

• 過載和開環(huán)保護(hù)：能夠檢測轉(zhuǎn)換器輸出的過載和開環(huán)情況，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
• 自動(dòng)重啟故障保護(hù)：當(dāng)檢測到故障時(shí)，設(shè)備會(huì)自動(dòng)重啟，恢復(fù)正常運(yùn)行。
• IC熱故障保護(hù)：防止設(shè)備因過熱而損壞，提高了設(shè)備的可靠性。

快速響應(yīng)的振蕩器

采用獨(dú)特的雙邊緣門控振蕩器配置，實(shí)現(xiàn)了極快的環(huán)路響應(yīng)，并具備雙脈沖抑制功能。同時(shí)，振蕩器頻率抖動(dòng)和受控的壓擺率驅(qū)動(dòng)器有助于降低電磁干擾（EMI）。

低功耗設(shè)計(jì)

低功耗特性使得該系列產(chǎn)品符合歐洲藍(lán)天使標(biāo)準(zhǔn)，滿足環(huán)保要求。

寬輸入電壓范圍

能夠在85 V至265 V的整流交流線路源下正常工作，適應(yīng)不同的電源環(huán)境。

多種頻率選項(xiàng)

振蕩器頻率可選44 kHz、100 kHz或136 kHz，滿足不同應(yīng)用的需求。

環(huán)保設(shè)計(jì)

這些器件是無鉛和無鹵化物的，符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

引腳功能詳解

VCC引腳

這是正電源電壓輸入引腳。在啟動(dòng)期間，電源從引腳5提供給該輸入。當(dāng)VCC達(dá)到VCC(on)時(shí)，啟動(dòng)電路關(guān)閉，輸出開始以1.0 V的滯后電壓在VCC引腳上進(jìn)行開關(guān)操作。連接到該引腳的電容用于編程故障定時(shí)和頻率調(diào)制率。

控制輸入引腳

當(dāng)從該引腳流出或施加的電流大于約50 A時(shí)，功率開關(guān)電路將關(guān)閉。芯片上內(nèi)置了10 V的鉗位，以保護(hù)設(shè)備免受ESD損壞或過壓條件的影響。

接地引腳

該引腳是控制電路和功率開關(guān)電路的接地引腳，是集成電路引線框架的一部分。

功率開關(guān)漏極引腳

該引腳設(shè)計(jì)用于直接驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換器變壓器的初級(jí)繞組，并在內(nèi)部連接到功率開關(guān)和啟動(dòng)電路。

工作原理剖析

振蕩器

振蕩器是一個(gè)獨(dú)特的固定頻率、占空比控制的振蕩器。它對(duì)片上定時(shí)電容進(jìn)行充電和放電，以生成精確的方波信號(hào)，用于對(duì)功率開關(guān)電路進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制。在定時(shí)電容放電期間，振蕩器占空比輸出將驅(qū)動(dòng)器的一個(gè)輸入保持為低電平，從而限制最大占空比。為了降低EMI，IC中還集成了頻率調(diào)制功能。

控制輸入

控制輸入引腳電路具有并行源極跟隨器輸入級(jí)，電壓鉗位設(shè)置為1.35 V和4.6 V。電流源將通過跟隨器的輸入電流鉗位在約47.5 A，并具有10 A的滯后。當(dāng)施加到該輸入的源極或漏極電流超過此值時(shí)，內(nèi)部生成的邏輯信號(hào)會(huì)改變狀態(tài)，以阻止功率開關(guān)導(dǎo)通。

導(dǎo)通鎖存器

振蕩器輸出通常是一個(gè)77%正占空比方波波形。該波形被反相并應(yīng)用于導(dǎo)通鎖存器的復(fù)位輸入，以防止在保證的關(guān)斷時(shí)間內(nèi)進(jìn)行任何功率開關(guān)導(dǎo)通。這個(gè)方波還由控制部分的輸出進(jìn)行門控，并應(yīng)用于同一鎖存器的置位輸入。因此，當(dāng)控制輸入未被斷言且振蕩器輸出為高電平時(shí)，功率開關(guān)可以被激活。

關(guān)斷鎖存器

關(guān)斷鎖存器功能用于保護(hù)功率開關(guān)電路免受過電流影響，并減少因突然去除負(fù)載而導(dǎo)致輸出過沖的可能性。如果功率開關(guān)電流達(dá)到指定的最大電流限制，電流限制比較器將復(fù)位關(guān)斷鎖存器并關(guān)閉功率開關(guān)電路。

電流限制比較器和功率開關(guān)電路

功率開關(guān)電路采用SENSEFET?來監(jiān)測漏極電流。一部分電流流入感測元件Rsense。電流限制比較器檢測Rsense兩端的電壓是否超過其反相輸入處的參考電平。如果超過該電平，比較器將迅速復(fù)位關(guān)斷鎖存器，從而保護(hù)功率開關(guān)電路。

啟動(dòng)電路

整流后的交流線路電壓通過初級(jí)繞組施加到引腳5的啟動(dòng)電路上。該電路是自偏置的，并作為一個(gè)由控制邏輯門控的恒流源。在施加交流線路電壓后，該電路將電流路由到通常連接到引腳1的電源電容中。在正常操作期間，通過比較器監(jiān)測電源電壓并相應(yīng)地控制啟動(dòng)電流源，該電容的電壓在7.5至8.5 V之間進(jìn)行滯后調(diào)節(jié)。

欠壓鎖定

欠壓鎖定（UVLO）比較器確保集成電路有足夠的電壓來完全正常工作。UVLO比較器監(jiān)測引腳1處的電源電容輸入電壓，并在電容電壓降至欠壓鎖定閾值以下時(shí)禁用功率開關(guān)電路。

故障檢測器

NCP105X系列集成了故障檢測電路，用于檢測應(yīng)用故障條件，如開環(huán)、過載或輸出短路。通過用已知電流驅(qū)動(dòng)電源電容并在設(shè)定的閾值之間進(jìn)行滯后調(diào)節(jié)來生成定時(shí)器。

熱關(guān)斷

內(nèi)部熱關(guān)斷模塊在結(jié)溫超過最大值時(shí)保護(hù)設(shè)備。當(dāng)激活時(shí)（通常在160°C），驅(qū)動(dòng)器的一個(gè)輸入被保持為低電平，以禁用功率開關(guān)電路。當(dāng)結(jié)溫降至85°C以下時(shí)，功率開關(guān)可以恢復(fù)操作。

應(yīng)用案例分析

文檔中提供了兩個(gè)應(yīng)用示例：通用輸入6瓦轉(zhuǎn)換器應(yīng)用和5.5瓦充電器應(yīng)用。這兩個(gè)應(yīng)用在寬范圍的線路輸入電壓和負(fù)載電流值下都能產(chǎn)生良好調(diào)節(jié)的輸出電壓。充電器應(yīng)用在負(fù)載電流超過預(yù)設(shè)范圍時(shí)會(huì)過渡到恒流輸出，這對(duì)于便攜式產(chǎn)品（如手機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理和尋呼機(jī)）的電池充電應(yīng)用非常有效。

組件選擇指南

• 緩沖組件：選擇緩沖組件R1、C3和D5，使引腳5上的電壓限制在0至700伏的范圍內(nèi)。這些組件可以保護(hù)IC免受電壓瞬變的影響，但會(huì)略微降低效率。
• 電容C5：電容C5具有多種用途，它與內(nèi)部啟動(dòng)電路一起為IC提供電源，同時(shí)還為振蕩器頻率掃描提供定時(shí)，以限制傳導(dǎo)EMI發(fā)射。其值還將決定輸出故障（過載或短路）或開環(huán)條件下的響應(yīng)。
• 電阻R5和R6：電阻R5和R6與IC3選擇的參考電壓一起確定調(diào)節(jié)后的輸出電壓。
• 充電器應(yīng)用組件：Q1的基極 - 發(fā)射極電壓降和R7的值將設(shè)置充電器應(yīng)用的固定電流限制值。R9用于限制Q1的基極電流。R8可以選擇保持固定電流限制或提供電流限制折返。C13在充電器應(yīng)用處于電流限制時(shí)提供輸出電壓穩(wěn)定性。

訂購信息

NCP1050 - NCP1055系列提供了多種型號(hào)和封裝選項(xiàng)，包括8引腳PDIP和4引腳SOT - 223封裝。每個(gè)型號(hào)都有不同的電流限制和振蕩器頻率選項(xiàng)，以滿足不同的應(yīng)用需求。

總之，NCP1050 - NCP1055系列高壓開關(guān)穩(wěn)壓器以其豐富的特性、全面的保護(hù)功能和廣泛的應(yīng)用范圍，為電源設(shè)計(jì)工程師提供了一個(gè)優(yōu)秀的選擇。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇組件，以實(shí)現(xiàn)最佳的性能和可靠性。你在使用類似產(chǎn)品時(shí)遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。