Onsemi NCP107x系列高壓開關(guān)芯片：低功耗離線SMPS的理想之選

在電子設(shè)備的電源設(shè)計中，開關(guān)模式電源（SMPS）因其高效、小型化等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用。而Onsemi的NCP107x系列產(chǎn)品，為低功耗離線SMPS提供了一種高度集成的解決方案。今天，我們就來深入了解一下這個系列的芯片。

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產(chǎn)品概述

NCP107x系列包括NCP1070、NCP1071、NCP1072、NCP1075、NCP1076和NCP1077等型號。該系列產(chǎn)品將固定頻率電流模式控制器與700V MOSFET集成在一起，有PDIP - 7或SOT - 223兩種封裝可供選擇。它具有高度集成的特點，涵蓋了軟啟動、頻率抖動、短路保護、跳周期、最大峰值電流設(shè)定點、斜坡補償以及動態(tài)自供電（無需輔助繞組）等功能。

與其他單片解決方案不同，NCP107x本質(zhì)上運行安靜。在標(biāo)稱負載運行期間，器件以可用頻率（65、100或130 kHz）之一進行開關(guān)操作。當(dāng)輸出功率需求降低時，IC會自動進入頻率折返模式，在輕負載下提供出色的效率。當(dāng)功率需求進一步降低時，它會進入跳周期模式，將待機功耗降低到空載狀態(tài)。

關(guān)鍵特性

內(nèi)置700V MOSFET

不同型號的NCP107x具有不同的導(dǎo)通電阻RDS(on)，如NCP1076/77為4.7Ω，NCP1072/75為11Ω，NCP1070/71為22Ω。這使得設(shè)計師能夠根據(jù)不同的功率需求選擇合適的型號。

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。

電流模式固定頻率操作

提供65/100/130 kHz三種可選頻率，滿足不同應(yīng)用場景的需求。不同型號的峰值電流也有所不同，例如NCP1070/72為250 mA，NCP1071為350 mA等。

固定斜坡補償

確保在電流模式控制下的穩(wěn)定性，特別是在占空比大于50%的情況下。

跳周期操作

僅在低峰值電流時進行跳周期操作，不會產(chǎn)生聲學(xué)噪聲，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

動態(tài)自供電

無需輔助繞組，簡化了電路設(shè)計，降低了成本。

內(nèi)部1 ms軟啟動

確保平滑的啟動序列，減少輸出過沖，保護電路元件。

多種保護功能

包括基于定時器的自動恢復(fù)輸出短路保護、帶輔助繞組操作的自動恢復(fù)過壓保護、頻率抖動以改善EMI特性、空載輸入功耗小于50 mW、頻率折返以提高輕負載效率以及內(nèi)部溫度關(guān)斷等。

電氣特性

文檔中詳細列出了NCP107x系列產(chǎn)品的電氣特性，包括電源電壓、漏極電壓、漏極電流峰值、啟動電流、電流比較器、內(nèi)部振蕩器、反饋部分、頻率折返與跳周期、斜坡補償以及保護功能等方面的參數(shù)。這些參數(shù)為工程師在設(shè)計電路時提供了重要的參考依據(jù)。

典型應(yīng)用

NCP107x系列產(chǎn)品適用于輔助/備用隔離電源、白色家電、智能電表/電表等領(lǐng)域。在這些應(yīng)用中，其低功耗、高集成度和多種保護功能能夠滿足系統(tǒng)的需求，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

應(yīng)用信息

啟動序列

當(dāng)電源首次從市電插座供電時，內(nèi)部電流源對VCC電容充電。當(dāng)VCC電容上的電壓達到VCC(on)水平時，電流源關(guān)閉，輸出級開始輸出脈沖，電路啟動。如果VCC電壓低于VCC(min)，內(nèi)部電流源會再次啟動，將VCC電壓提升到VCC(on)水平。

故障處理

• VCC短路故障：控制器采用了兩級啟動電流設(shè)計（Istart1和Istart2），在VCC與GND之間發(fā)生短路時，可降低功耗，保護芯片。
• 輸出短路故障：當(dāng)VCC達到VCC(on)時，驅(qū)動脈沖內(nèi)部啟用。如果輸出電壓未調(diào)節(jié)，反饋電流低于IFBfault水平，會觸發(fā)故障計數(shù)器tsCP。如果故障仍然存在，所有驅(qū)動脈沖將停止，芯片進入安全的自動恢復(fù)突發(fā)模式。
• 自動恢復(fù)過壓保護：當(dāng)輔助VCC向內(nèi)部齊納二極管注入過多電流時，控制器會認為發(fā)生了過壓情況，停止內(nèi)部驅(qū)動器。經(jīng)過recovery延遲后，會嘗試重新啟動。

其他特性

• 軟啟動：1 ms的軟啟動功能可減少上電應(yīng)力，降低輸出過沖。
• 抖動：頻率抖動可軟化EMI特性，NCP107x提供±6%的標(biāo)稱開關(guān)頻率偏差。
• 線路檢測：內(nèi)部比較器監(jiān)測漏極電壓，當(dāng)漏極電壓低于內(nèi)部閾值VHV(EN)時，內(nèi)部功率開關(guān)將被禁止，避免在過低的交流輸入下運行。
• 頻率折返：當(dāng)反饋電流超過IFBfold水平時，振蕩器進入頻率折返模式，降低開關(guān)頻率。當(dāng)反饋電流達到IFBfold(end)時，開關(guān)頻率可降至Fmin（典型值為25 kHz）。如果輸出功率繼續(xù)降低，芯片將進入跳周期模式。

設(shè)計流程

確定參數(shù)

首先需要確定輸入電壓范圍（如Vin min = 90 Vac或127 Vdc，Vin max = 265 Vac或375 Vdc）、輸出電壓（如Vout = 12 V）、輸出功率（如Pout = 10 W）、工作模式（如CCM）和效率（如η = 0.8）等參數(shù)。

選擇匝數(shù)比

為了確保橫向MOSFET體二極管不會正向偏置，需要選擇合適的匝數(shù)比N，使其滿足N(Vout + Vf) < Vin,min。

計算電感

根據(jù)公式L = (Vin d)2 / (fsw K Pin)計算初級電感，其中K定義了CCM中的紋波量。

計算損耗

包括傳導(dǎo)損耗、開關(guān)損耗和DSS模式損耗等。傳導(dǎo)損耗可根據(jù)Id,rms2 RDS(on)計算，開關(guān)損耗可根據(jù)相關(guān)公式估算。

MOSFET保護

為了保護MOSFET，需要安裝RCD鉗位網(wǎng)絡(luò)或使用簡單的電容進行鉗位。對于不同的應(yīng)用場景，可以選擇不同的保護方案。

散熱設(shè)計

NCP107x的總功耗包括DSS電流源和MOSFET的功耗。為了避免觸發(fā)內(nèi)部熱關(guān)斷，需要在PCB設(shè)計中預(yù)留足夠的銅面積來散熱。

總結(jié)

Onsemi的NCP107x系列產(chǎn)品為低功耗離線SMPS提供了一種高度集成、性能優(yōu)異的解決方案。其豐富的功能和保護特性能夠滿足各種應(yīng)用場景的需求，同時簡化了電路設(shè)計，降低了成本。在實際設(shè)計中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇型號和參數(shù)，確保系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。你在使用NCP107x系列產(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。