深入解析NCP1050 - NCP1055系列高壓開關穩(wěn)壓器

在電源設計領域，找到一款能夠滿足低待機功耗要求、同時具備高性能和可靠性的穩(wěn)壓器至關重要。ON Semiconductor的NCP1050 - NCP1055系列高壓開關穩(wěn)壓器就是這樣一款值得關注的產(chǎn)品。今天，我們就來深入了解一下這個系列的產(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)品設備符合低待機功耗要求。該系列產(chǎn)品將所需的轉(zhuǎn)換器功能集成在一起，為辦公自動化、消費和工業(yè)產(chǎn)品提供了簡單而經(jīng)濟的電源系統(tǒng)解決方案。這些器件設計為直接從整流后的交流線路源運行，在反激式轉(zhuǎn)換器應用中，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

獨特的啟動電路

啟動電路消除了對轉(zhuǎn)換器變壓器輔助偏置繞組的需求，這大大簡化了電路設計，降低了成本。同時，還提供了可選的輔助偏置繞組覆蓋功能，適用于最低待機功耗應用。

全面的保護功能

• 過載和開環(huán)保護：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。
• 自動重啟故障保護：當檢測到故障時，設備會自動重啟，恢復正常運行。
• IC熱故障保護：防止設備因過熱而損壞，提高了設備的可靠性。

快速響應的振蕩器

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

低功耗設計

低功耗特性使得該系列產(chǎn)品符合歐洲藍天使標準，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，適應不同的電源環(huán)境。

多種頻率選項

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

環(huán)保設計

這些器件是無鉛和無鹵化物的，符合環(huán)保標準。

引腳功能詳解

VCC引腳

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

控制輸入引腳

當從該引腳流出或施加的電流大于約50 A時，功率開關電路將關閉。芯片上內(nèi)置了10 V的鉗位，以保護設備免受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電路的接地引腳，是集成電路引線框架的一部分。

功率開關漏極引腳

該引腳設計用于直接驅(qū)動轉(zhuǎn)換器變壓器的初級繞組，并在內(nèi)部連接到功率開關和啟動電路。

工作原理剖析

振蕩器

振蕩器是一個獨特的固定頻率、占空比控制的振蕩器。它對片上定時電容進行充電和放電，以生成精確的方波信號，用于對功率開關電路進行脈沖寬度調(diào)制。在定時電容放電期間，振蕩器占空比輸出將驅(qū)動器的一個輸入保持為低電平，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，電壓鉗位設置為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。當施加到該輸入的源極或漏極電流超過此值時，內(nèi)部生成的邏輯信號會改變狀態(tài)，以阻止功率開關導通。

導通鎖存器

振蕩器輸出通常是一個77%正占空比方波波形。該波形被反相并應用于導通鎖存器的復位輸入，以防止在保證的關斷時間內(nèi)進行任何功率開關導通。這個方波還由控制部分的輸出進行門控，并應用于同一鎖存器的置位輸入。因此，當控制輸入未被斷言且振蕩器輸出為高電平時，功率開關可以被激活。

關斷鎖存器

關斷鎖存器功能用于保護功率開關電路免受過電流影響，并減少因突然去除負載而導致輸出過沖的可能性。如果功率開關電流達到指定的最大電流限制，電流限制比較器將復位關斷鎖存器并關閉功率開關電路。

電流限制比較器和功率開關電路

功率開關電路采用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，比較器將迅速復位關斷鎖存器，從而保護功率開關電路。

啟動電路

整流后的交流線路電壓通過初級繞組施加到引腳5的啟動電路上。該電路是自偏置的，并作為一個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)測電源電壓并相應地控制啟動電流源，該電容的電壓在7.5至8.5 V之間進行滯后調(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禁用功率開關電路。

故障檢測器

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

熱關斷

內(nèi)部熱關斷模塊在結(jié)溫超過最大值時保護設備。當激活時（通常在160°C），驅(qū)動器的一個輸入被保持為低電平，以禁用功率開關電路。當結(jié)溫降至85°C以下時，功率開關可以恢復操作。

應用案例分析

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

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IC免受電壓瞬變的影響，但會略微降低效率。
• 電容C5：電容C5具有多種用途，它與內(nèi)部啟動電路一起為IC提供電源，同時還為振蕩器頻率掃描提供定時，以限制傳導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。
• 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。
• 充電器應用組件：Q1的基極 - 發(fā)射極電壓降和R7的值將設置充電器應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在充電器應用處于電流限制時提供輸出電壓穩(wěn)定性。

訂購信息

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

總之，NCP1050 - NCP1055系列高壓開關穩(wěn)壓器以其豐富的特性、全面的保護功能和廣泛的應用范圍，為電源設計工程師提供了一個優(yōu)秀的選擇。在實際設計中，我們需要根據(jù)具體的應用需求，合理選擇組件，以實現(xiàn)最佳的性能和可靠性。你在使用類似產(chǎn)品時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。