汽車級(jí)離線低功耗SMPS高壓開(kāi)關(guān)NCV1060和NCV1063：特性、應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

一、引言

在電子工程師的日常設(shè)計(jì)中，開(kāi)關(guān)電源（SMPS）是一個(gè)關(guān)鍵的組成部分。特別是在汽車電子等對(duì)可靠性和性能要求極高的領(lǐng)域，選擇合適的開(kāi)關(guān)電源芯片至關(guān)重要。onsemi的NCV1060和NCV1063就是這樣兩款專為汽車應(yīng)用設(shè)計(jì)的高壓開(kāi)關(guān)芯片，它們集成了固定頻率電流模式控制器和670V MOSFET，為低功耗離線SMPS提供了高性能的解決方案。

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二、產(chǎn)品概述

2.1 集成特性

NCV106X系列產(chǎn)品將固定頻率電流模式控制器與670V MOSFET集成在一起，提供了高度的集成度。它具有軟啟動(dòng)、頻率抖動(dòng)、短路保護(hù)、跳周期、可調(diào)峰值電流設(shè)定點(diǎn)、斜坡補(bǔ)償和動(dòng)態(tài)自供電（無(wú)需輔助繞組）等功能。

2.2 封裝形式

該系列產(chǎn)品有SOIC - 10和SOIC - 16兩種封裝形式，方便不同應(yīng)用場(chǎng)景的選擇。

2.3 工作模式

在標(biāo)稱負(fù)載運(yùn)行時(shí)，芯片以60kHz或100kHz的頻率進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作。當(dāng)輸出功率需求降低時(shí)，芯片會(huì)自動(dòng)進(jìn)入頻率折返模式，在輕載時(shí)提供出色的效率。當(dāng)功率需求進(jìn)一步降低時(shí)，進(jìn)入跳周期模式，將待機(jī)功耗降低到空載狀態(tài)。

三、關(guān)鍵特性分析

3.1 內(nèi)置MOSFET

內(nèi)置的670V MOSFET具有不同的導(dǎo)通電阻，NCV1060的RDS(on)為34Ω，NCV1063的RDS(on)為11.4Ω，這使得設(shè)計(jì)者可以根據(jù)不同的功率需求選擇合適的型號(hào)。

3.2 大爬電距離

高壓引腳之間具有較大的爬電距離，提高了產(chǎn)品的安全性和可靠性。

3.3 電流模式固定頻率操作

支持60kHz或100kHz的固定頻率操作，并且峰值電流可調(diào)，為設(shè)計(jì)提供了靈活性。

3.4 保護(hù)特性

• 短路保護(hù)：通過(guò)持續(xù)監(jiān)測(cè)COMP線的活動(dòng)，能夠檢測(cè)短路的存在，并立即降低輸出功率，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全面保護(hù)。
• 過(guò)壓保護(hù)：具有自動(dòng)恢復(fù)功能，當(dāng)輔助繞組用于偏置VCC引腳時(shí)，內(nèi)部比較器會(huì)監(jiān)測(cè)VCC引腳的電壓，超過(guò)設(shè)定值時(shí)停止開(kāi)關(guān)操作。
• 過(guò)功率保護(hù)：ON專有的集成過(guò)功率保護(hù)（OPP）功能，可通過(guò)外部電阻來(lái)控制最大輸出功率，同時(shí)不影響待機(jī)性能。

3.5 動(dòng)態(tài)自供電

內(nèi)部高壓電流源使得該設(shè)備可以在無(wú)需輔助繞組的情況下提供電源電壓，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。

3.6 頻率抖動(dòng)

內(nèi)部低頻調(diào)制信號(hào)對(duì)振蕩器頻率進(jìn)行調(diào)制，有助于在傳導(dǎo)噪聲分析中分散能量，改善EMI特性。

3.7 軟啟動(dòng)

4ms的軟啟動(dòng)確保了平滑的啟動(dòng)序列，減少了輸出過(guò)沖。

3.8 頻率折返和跳周期

頻率折返功能可根據(jù)COMP引腳電流信息調(diào)整開(kāi)關(guān)頻率，當(dāng)功率需求進(jìn)一步降低時(shí)進(jìn)入跳周期模式，提高輕載效率。

四、典型應(yīng)用

4.1 輔助和備用隔離電源

適用于混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）和電動(dòng)汽車（EV）的輔助和備用隔離電源，為車輛的電子系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源。

4.2 非隔離和隔離拓?fù)?/h3>

NCV106x可以無(wú)縫應(yīng)用于非隔離和隔離拓?fù)渲校瑵M足不同的設(shè)計(jì)需求。

五、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

5.1 啟動(dòng)序列

當(dāng)電源從市電插座首次供電時(shí)，內(nèi)部電流源對(duì)VCC電容充電。當(dāng)VCC電容電壓達(dá)到VCC(on)水平時(shí)，電流源關(guān)閉，輸出級(jí)開(kāi)始工作。在啟動(dòng)過(guò)程中，需要注意VCC電容的選擇，以避免VCC電壓低于VCC(off)水平。

5.2 故障處理

• VCC短路故障：控制器采用了兩級(jí)啟動(dòng)電路，在VCC和GND之間發(fā)生短路時(shí)，能夠降低功耗，保護(hù)芯片。
• 輸出短路故障：當(dāng)輸出電壓未調(diào)節(jié)且COMP引腳電流低于I_COMPfault水平時(shí)，觸發(fā)故障計(jì)數(shù)器，若故障持續(xù)存在，進(jìn)入安全的自動(dòng)恢復(fù)突發(fā)模式。
• 過(guò)壓保護(hù)：通過(guò)監(jiān)測(cè)VCC引腳電壓，當(dāng)發(fā)生過(guò)壓情況時(shí)，停止內(nèi)部驅(qū)動(dòng)器，經(jīng)過(guò)一定延遲后嘗試重新啟動(dòng)。

5.3 MOSFET保護(hù)

在Flyback設(shè)計(jì)中，需要限制MOSFET的漏極電壓，可采用簡(jiǎn)單電容、RCD網(wǎng)絡(luò)或齊納二極管/TVS等方式進(jìn)行保護(hù)。

5.4 功率損耗和散熱

NCV106X的總功耗包括DSS電流源和MOSFET的損耗，為了避免觸發(fā)內(nèi)部熱關(guān)斷（TSD），PCB設(shè)計(jì)時(shí)需要預(yù)留較大的銅面積來(lái)幫助散熱。

六、結(jié)論

NCV1060和NCV1063是兩款性能出色的汽車級(jí)高壓開(kāi)關(guān)芯片，它們的高度集成特性、豐富的保護(hù)功能和靈活的設(shè)計(jì)選項(xiàng)，為電子工程師在設(shè)計(jì)低功耗離線SMPS時(shí)提供了可靠的解決方案。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體的設(shè)計(jì)需求，合理選擇芯片型號(hào)和外圍電路，確保系統(tǒng)的性能和可靠性。

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