高性能ATX電源組合控制器NCP1910的深度解析

在電子電源設計領(lǐng)域，ATX電源和平面電視電源的性能提升一直是工程師們關(guān)注的焦點。安森美（onsemi）的NCP1910高性能組合控制器為這一領(lǐng)域帶來了新的解決方案。今天，我們就來深入探討一下NCP1910的特性、應用以及工作原理。

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一、NCP1910概述

NCP1910采用SO - 24WB封裝，將先進的電路集成在一起，旨在為下一代ATX或平面電視轉(zhuǎn)換器供電。它結(jié)合了65或100 kHz的連續(xù)導通模式（CCM）功率因數(shù)控制器（PFC）和一個帶有高壓驅(qū)動器的LLC控制器，能夠為85 + 類型的離線電源供電。

（一）主要特性

1. PFC控制器特性
   • 固定頻率：支持65或100 kHz的固定頻率CCM PFC，采用平均電流模式控制，可降低線路失真。
   • 動態(tài)響應增強：通過內(nèi)部200μA電流源，在輸出電壓異常時加速調(diào)節(jié)回路。
   • 獨立過壓保護：具備獨立的過壓保護感應引腳，具有鎖存功能。
   • 可調(diào)頻率折返：在輕負載條件下，通過調(diào)節(jié)VCTRL引腳電壓，降低開關(guān)頻率，提高輕載效率。
   • 可調(diào)線路欠壓保護：具有50 ms延遲，有助于滿足保持時間規(guī)格。
   • 可編程過流閾值：可優(yōu)化感測電阻，保護MOSFET。
   • ±1 A峰值電流驅(qū)動能力：能夠高效驅(qū)動TO220或TO247功率MOSFET。
2. LLC控制器特性
   • 寬頻率操作：工作頻率范圍為25 kHz至500 kHz，通過連接電阻網(wǎng)絡可設置最大和最小開關(guān)頻率。
   • 內(nèi)置死區(qū)時間：內(nèi)置死區(qū)時間（DTL），消除半橋臂的直通問題。
   • 軟啟動功能：通過SS引腳電容實現(xiàn)軟啟動，避免啟動時的電流沖擊。
   • 跳過周期操作（B版本）：在輕負載條件下，可通過Skip引腳跳過LLC輸出脈沖，避免頻率失控，提高待機功耗。
   • 高壓驅(qū)動器：基于安森美高壓技術(shù)，可直接連接LLC半橋的高壓側(cè)MOSFET，無需柵極驅(qū)動變壓器。
   • 故障保護：CS/FF引腳具有兩級保護，可實現(xiàn)自動恢復和鎖存保護。

（二）典型應用

NCP1910有A和B兩個版本，分別適用于不同的應用場景。

• A版本：適用于多輸出ATX電源，提供穩(wěn)定的電源輸出。
• B版本：適用于平面電視電源，在輕負載條件下具有更好的性能。

二、引腳描述

NCP1910共有24個引腳，每個引腳都有特定的功能。以下是一些關(guān)鍵引腳的介紹：

1. SS（軟啟動）：連接到地的電容設置LLC軟啟動持續(xù)時間。
2. Rt（LLC反饋引腳）：通過電阻設置LLC的最大和最小開關(guān)頻率。
3. PG out（電源良好信號）：當Vbulk正常時，該引腳為低電平；當Vbulk低于PGadj引腳設置的水平時，引腳開路。
4. on/off（遠程控制）：拉低該引腳，電路開始工作；開路時，控制器處于空閑模式。
5. BO adj.（欠壓調(diào)整）：設置PFC為LLC轉(zhuǎn)換器供電的開和關(guān)電平。
6. Vref（5 V參考引腳）：提供穩(wěn)定的5 V參考電壓，用于閾值調(diào)整。
7. PG adj.（電源良好跳閘電平）：設置PFC母線電壓的跳閘點，當母線電壓低于該點時，PG out信號變?yōu)楦唠娖健?/li>
8. OVP2（冗余過壓保護）：獨立于FB引腳，監(jiān)控PFC母線電壓，具有鎖存功能。
9. FB（PFC反饋）：監(jiān)控升壓母線電壓并進行調(diào)節(jié)，同時作為快速自動恢復過壓保護。
10. VCTRL（PFC誤差放大器輸出）：PFC誤差放大器補償引腳，控制PFC的輸出功率。
11. VM（PFC電流放大器輸出）：通過連接到地的電阻設置最大功率水平。
12. LBO（PFC線路輸入電壓感應）：用于線路前饋和PFC欠壓檢測。
13. Fold（PFC頻率折返）：選擇頻率開始降低的功率水平。
14. CS（PFC電流檢測）：檢測電感電流，并編程最大感測電壓偏移。
15. CS/FF（快速故障輸入）：當引腳電壓高于1 V時，LLC停止并通過全軟啟動序列重新啟動。
16. Skip/AGND（跳過/模擬地）：A版本用作模擬地，B版本用于跳過操作。
17. GND/PGND（地/功率地）：A版本為驅(qū)動回路的控制器地，B版本為所有電路的接地引腳。
18. DRV（PFC驅(qū)動信號）：驅(qū)動PFC功率MOSFET的信號。
19. VCC（控制器電源）：控制器的電源引腳，最大電壓為20 V。
20. ML（下側(cè)MOSFET驅(qū)動信號）：驅(qū)動下側(cè)半橋MOSFET的信號。
21. Bridge（半橋）：連接到LLC半橋。
22. MU（上側(cè)MOSFET驅(qū)動信號）：驅(qū)動上側(cè)半橋MOSFET的信號。
23. Vboot（自舉Vcc）：浮動驅(qū)動器的自舉VCC。

三、工作原理

（一）PFC部分

NCP1910的PFC部分采用CCM PFC升壓轉(zhuǎn)換器，通過控制MOSFET的開關(guān)，使電感電流跟蹤輸入電壓的正弦波，從而提高功率因數(shù)。

1. PFC調(diào)制：MOSFET的導通時間t1由參考電壓VPREF和斜坡電壓Vramp的交點決定。通過調(diào)整Vramp的斜率和VPREF的值，可以控制PFC的占空比。
2. 輸入阻抗控制：通過調(diào)整乘數(shù)電壓VM，使輸入阻抗Zin在50或60 Hz帶寬內(nèi)保持恒定，從而實現(xiàn)功率因數(shù)校正。
3. 線路欠壓保護：通過LBO引腳檢測輸入電壓，當輸入電壓低于設定值時，PFC驅(qū)動器被禁用，VCTRL引腳接地，待故障消除后通過軟啟動恢復工作。
4. 過流保護：當CS引腳檢測到的電感電流超過過流保護閾值ICS(OCP)時，PFC驅(qū)動器輸出低電平，當電感電流低于閾值時，自動恢復工作。
5. 過功率限制：通過檢測CS引腳的電流和LBO引腳的電壓，當兩者的乘積超過允許值時，PFC驅(qū)動器關(guān)閉，限制輸入功率。
6. 頻率折返：在輕負載條件下，通過比較VCTRL - VCTRL(min)和Fold引腳的電壓，降低PFC的開關(guān)頻率，提高輕載效率。
7. 軟啟動：通過30μA電流源對VCTRL引腳的補償網(wǎng)絡充電，使VCTRL逐漸升高，實現(xiàn)軟啟動。

（二）LLC部分

LLC部分采用電流控制振蕩器（CCO），通過控制Rt引腳的電流來調(diào)節(jié)開關(guān)頻率。

1. CCO工作原理：內(nèi)部定時電容Ct由與Rt引腳流出電流成比例的電流充電，當電容電壓達到Vctmax時，放電電流iDT使輸出驅(qū)動器禁用，形成死區(qū)時間。
2. 頻率調(diào)節(jié)：通過外部電阻Rmin、Rmax和RSS分別設置最小、最大和軟啟動開關(guān)頻率。
3. 軟啟動：通過SS引腳的電容實現(xiàn)軟啟動，在啟動時將電容放電，使開關(guān)頻率從最大值逐漸降低。
4. 故障保護：CS/FF引腳具有兩級保護，當引腳電壓超過VCS1時，LLC開關(guān)頻率升高；當超過VCS2時，整個組合控制器鎖存。

（三）組合管理

1. 啟動延遲：PFC啟動后，插入20 ms延遲，確保PFC輸出電壓穩(wěn)定后再啟動LLC轉(zhuǎn)換器。
2. 電源良好信號：PFC啟動后，內(nèi)部“PFC_OK”信號置高，20 ms后PG引腳拉低。當母線電壓異常或PFC出現(xiàn)故障時，PG信號消失，LLC轉(zhuǎn)換器在5 ms后停止工作。
3. 鎖存事件：當出現(xiàn)嚴重故障時，PFC或LLC控制器可能被鎖存，可通過VCC UVLO、線路欠壓或on/off引腳的電平轉(zhuǎn)換進行復位。
4. 熱關(guān)斷：當結(jié)溫超過140°C時，內(nèi)部熱電路禁用電路柵極驅(qū)動，溫度下降到110°C時恢復工作。

四、應用注意事項

（一）布局設計

在PCB布局時，建議將功率地和模擬地的走線分開，以減少干擾。功率地（引腳17）直接連接到PFC MOSFET，模擬地的走線先匯總后再連接到模擬地引腳（引腳16）和PFC感測電阻。

（二）電容選擇

在VCC引腳旁邊添加1 nF至100 nF的去耦電容，以確?？刂破鞯姆€(wěn)定工作。同時，在FB引腳旁邊添加100 pF的去耦電容，防止噪聲影響。

（三）線路欠壓網(wǎng)絡計算

根據(jù)輸入電壓和LBO引腳的要求，合理計算線路欠壓網(wǎng)絡的電阻值，確保在不同輸入電壓條件下，LBO引腳的電壓滿足設計要求。

五、總結(jié)

NCP1910是一款功能強大的高性能組合控制器，它集成了PFC和LLC控制器的功能，具有多種保護功能和靈活的調(diào)節(jié)特性。在ATX電源和平面電視電源等應用中，NCP1910能夠提供高效、穩(wěn)定的電源解決方案。作為電子工程師，我們在設計過程中需要充分了解其特性和工作原理，合理選擇外部元件，優(yōu)化布局設計，以確保系統(tǒng)的性能和可靠性。

你在使用NCP1910的過程中遇到過哪些問題？或者你對它的某些特性有更深入的見解？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和想法。