Onsemi NCP1067X：高效離線開(kāi)關(guān)電源解決方案

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，開(kāi)關(guān)電源（SMPS）的設(shè)計(jì)一直是工程師們關(guān)注的重點(diǎn)。今天，我們來(lái)深入探討 Onsemi 的 NCP1067X 系列產(chǎn)品，它為低功耗離線 SMPS 提供了一個(gè)高度集成且性能卓越的解決方案。

文件下載：NCP10670-D.PDF

產(chǎn)品概述

NCP1067X 系列產(chǎn)品包括 NCP10670B、NCP10671B 和 NCP10672B，它們將固定頻率電流模式控制器與 700V MOSFET 集成在一起，采用 SOIC - 7 封裝，具有高度集成的特點(diǎn)。這些產(chǎn)品具備軟啟動(dòng)、頻率抖動(dòng)、短路保護(hù)、跳周期、斜坡補(bǔ)償和動(dòng)態(tài)自供電（DSS）等功能，無(wú)需輔助繞組，能有效降低待機(jī)功耗。

關(guān)鍵特性

1. 內(nèi)置 700V MOSFET：不同型號(hào)的 (R_{DS (on) }) 有所不同，NCP10670/1 為 34Ω，NCP10672 為 12Ω，能滿足不同功率需求。
2. 大爬電距離：高壓引腳之間具有較大的爬電距離，提高了安全性。
3. 固定頻率電流模式操作：提供 60kHz 或 100kHz 固定頻率，采用固定斜坡補(bǔ)償，確保穩(wěn)定的性能。
4. 直接反饋連接：適用于非隔離轉(zhuǎn)換器，在低峰值電流時(shí)可實(shí)現(xiàn)跳周期操作。
5. 動(dòng)態(tài)自供電（DSS）：無(wú)需輔助繞組，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)。
6. 多種保護(hù)功能：包括自動(dòng)恢復(fù)輸出短路保護(hù)、自動(dòng)恢復(fù)過(guò)壓保護(hù)等，提高了系統(tǒng)的可靠性。
7. 頻率抖動(dòng)：有效改善 EMI 特性，減少電磁干擾。
8. 低空載輸入功耗：空載輸入功耗小于 25mW，符合節(jié)能要求。
9. 環(huán)保設(shè)計(jì)：無(wú)鉛且符合 RoHS 標(biāo)準(zhǔn)。

應(yīng)用領(lǐng)域

NCP1067X 可廣泛應(yīng)用于輔助/備用隔離和非隔離電源、功率計(jì) SMPS 以及寬輸入電壓低功率工業(yè) SMPS 等領(lǐng)域。

產(chǎn)品參數(shù)與性能

最大輸出功率

不同型號(hào)的 NCP1067X 在不同輸入電壓和負(fù)載條件下具有不同的最大輸出功率。例如，NCP10670 在 230Vac ± 15% 輸入時(shí)，適配器輸出功率可達(dá) 1.1W，開(kāi)放框架輸出功率可達(dá) 2.7W；在 85 - 265Vac 輸入時(shí)，適配器輸出功率為 0.6W，開(kāi)放框架輸出功率為 1.5W。

電氣特性

在 (T{J}=25^{circ} C) ，(V{C C}=14 ~V) 的條件下，NCP1067X 具有一系列電氣特性。例如，(V{CC (on) }) 為 8.4 - 9.5V 時(shí)開(kāi)關(guān)器開(kāi)始工作，(V{CC (min) }) 為 7.0 - 7.8V 時(shí)高壓電流源重啟，(V_{CC (off) }) 為 6.7 - 7.2V 時(shí)開(kāi)關(guān)器停止工作。不同型號(hào)在不同頻率下的內(nèi)部 IC 消耗電流也有所不同。

典型特性

通過(guò)一系列典型特性曲線，我們可以了解 NCP1067X 在不同溫度下的性能表現(xiàn)，如 (V{CC(on) }) 、(V{CC(min )}) 、(V_{CC (off) }) 、(IDSS(off)) 等參數(shù)隨溫度的變化情況。

工作原理與應(yīng)用

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（典型值為 8.0mA）對(duì) (V{CC}) 電容充電。當(dāng) (V{CC}) 電容電壓達(dá)到 (V{CC(on)}) （典型值為 9.0V）時(shí)，電流源關(guān)閉，輸出級(jí)開(kāi)始輸出脈沖，電路啟動(dòng)。若 (V{CC}) 電壓低于 (V{CC(min )}) （典型值為 7.5V），內(nèi)部電流源再次啟動(dòng)，為 (V{CC}) 電容充電。

故障保護(hù)

1. 短路保護(hù)：通過(guò)監(jiān)測(cè) COMP 線活動(dòng)，IC 能夠檢測(cè)到短路情況，立即降低輸出功率。當(dāng) COMP 電流低于閾值 (I{COMPfault }) 時(shí)，啟動(dòng) (t{SCP}) 定時(shí)器。若定時(shí)器結(jié)束時(shí)故障仍存在，設(shè)備進(jìn)入安全的自動(dòng)恢復(fù)突發(fā)模式，受固定定時(shí)器 (t_{recovery}) 影響。
2. 過(guò)壓保護(hù)：當(dāng)使用輔助繞組為 (V{CC}) 引腳供電時(shí)，內(nèi)部比較器監(jiān)測(cè) (V{CC}) 引腳電壓。若電壓超過(guò) (V{OVP}) （典型值為 18V），控制器立即停止開(kāi)關(guān)操作，等待 (t{recovery}) 時(shí)間后嘗試重新啟動(dòng)。
3. 軟啟動(dòng)：4ms 的軟啟動(dòng)確保了平滑的啟動(dòng)序列，減少輸出過(guò)沖。
4. 跳周期：當(dāng)輸出功率需求減小時(shí)，NCP1067X 通過(guò)跳過(guò)不必要的開(kāi)關(guān)周期，大幅降低輕載條件下的功耗。

設(shè)計(jì)步驟

以一個(gè)具體的設(shè)計(jì)為例，假設(shè)輸入電壓 (V{in}) 范圍為 90Vac - 265Vac，輸出電壓 (V{out}=12V) ，輸出功率 (P_{out}=5W) ，工作模式為 CCM，效率 (eta=0.8) 。

1. 確定匝數(shù)比：根據(jù)公式 (Nleft(V{out }+V{f}right)
2. 計(jì)算初級(jí)電感：根據(jù)公式 (L=frac{left(V{in } dright)^{2}}{f{sw } K P_{in }}) 計(jì)算初級(jí)電感 (L) ，其中 (K) 定義了 CCM 中的紋波量。
3. 評(píng)估損耗：包括傳導(dǎo)損耗、開(kāi)關(guān)損耗和 DSS 模式損耗等。
4. MOSFET 保護(hù)：為了保護(hù) MOSFET，可采用簡(jiǎn)單電容、RCD 網(wǎng)絡(luò)或齊納二極管/TVS 等保護(hù)措施。

總結(jié)

Onsemi 的 NCP1067X 系列產(chǎn)品為低功耗離線 SMPS 設(shè)計(jì)提供了一個(gè)強(qiáng)大而可靠的解決方案。其高度集成的特性、豐富的保護(hù)功能和良好的性能表現(xiàn)，使得它在各種應(yīng)用中都能發(fā)揮出色的作用。作為電子工程師，在設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源時(shí)，不妨考慮 NCP1067X 系列產(chǎn)品，它將幫助我們實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的電源設(shè)計(jì)。

你在使用 NCP1067X 系列產(chǎn)品時(shí)遇到過(guò)哪些問(wèn)題？或者你對(duì)開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)有什么獨(dú)特的見(jiàn)解？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和想法。