汽車級降壓開關穩(wěn)壓器NCV890104：特性、應用與設計要點

在汽車電子系統(tǒng)中，電源管理是至關重要的一環(huán)。合適的開關穩(wěn)壓器能夠為系統(tǒng)提供穩(wěn)定、高效的電源，確保各個部件的正常運行。今天我們就來詳細了解一下安森美（onsemi）推出的一款汽車級降壓開關穩(wěn)壓器——NCV890104。

文件下載：NCV890104-D.PDF

一、產品概述

NCV890104是一款固定頻率、單片降壓開關穩(wěn)壓器，專為汽車電池連接應用而設計，能夠在高達36V的輸入電源下正常工作。它適用于對噪聲要求低、外形尺寸小的系統(tǒng)，如汽車駕駛員信息系統(tǒng)。該穩(wěn)壓器能夠將典型的4.5V至18V汽車輸入電壓范圍轉換為低至3.3V的輸出電壓，且開關頻率恒定在敏感AM頻段以上，無需昂貴的濾波器和EMI對策。

二、產品特性

2.1 電氣性能特性

• 寬輸入電壓范圍：能夠承受4.5V至36V的輸入電壓，甚至能承受40V的負載突降，適應汽車復雜的電源環(huán)境。
• 高開關頻率：2MHz的自由運行開關頻率，可減少輸出電壓紋波，即使使用小電感值和全陶瓷輸出濾波電容，也能形成高效的開關穩(wěn)壓器解決方案。
• 輸出電壓精度高：輸出電壓可調低至0.8V，輸出電壓公差為±1.75%，能滿足不同系統(tǒng)對電壓的精確要求。

2.2 保護特性

• 過流保護：具備1.4A（最小值）的逐周期峰值電流限制，增強了短路保護能力，通過頻率折返進一步提高了系統(tǒng)的可靠性。
• 熱關斷保護：當內部溫度超過安全水平時，熱關斷電路會自動抑制開關操作，重置軟啟動電路，并去除驅動電壓，當溫度恢復到安全水平時，開關操作會自動恢復。

2.3 其他特性

• 內部N溝道功率開關：集成了內部N溝道功率開關，簡化了電路設計。
• 可調擴頻功能：通過兩個外部電阻可設置擴頻的調制深度和調制頻率，有效降低電磁干擾。
• 復位功能：復位引腳RSTB可指示輸出是否處于穩(wěn)壓狀態(tài)，并可通過外部電容調整復位延遲時間。

三、引腳功能描述

四、電氣特性

在不同的輸入電壓、溫度等條件下，NCV890104表現(xiàn)出穩(wěn)定的電氣性能。例如，在輸入電壓為4.5V至28V、使能電壓為5V等條件下，其靜態(tài)電流、欠壓鎖定（UVLO）閾值、振蕩器頻率等參數(shù)都有明確的規(guī)定。具體參數(shù)可參考數(shù)據手冊中的電氣特性表格。

五、典型特性曲線

數(shù)據手冊中提供了一系列典型特性曲線，如關機靜態(tài)電流與結溫的關系、使能靜態(tài)電流與結溫的關系、UVLO啟動閾值與結溫的關系等。這些曲線有助于工程師更好地了解NCV890104在不同工作條件下的性能表現(xiàn)，從而進行合理的設計。

六、工作原理與設計要點

6.1 輸入電壓處理

NCV890104通過欠壓鎖定（UVLO）電路監(jiān)測輸入電壓，當輸入電壓不足時，會抑制開關操作并重置軟啟動電路。當輸入電壓超過VIN頻率折返閾值時，開關頻率會降低一半，以減少功率損耗；當輸入電壓下降到閾值以下時，頻率降低自動終止。

6.2 使能與軟啟動

該穩(wěn)壓器可以接受邏輯電平信號或電池電壓作為使能信號。使能后，DRV引腳建立電壓，隨后開關穩(wěn)壓器輸出進行軟啟動。軟啟動過程中，開關調節(jié)器誤差放大器參考電壓逐漸上升到最終值，平均開關頻率低于正常模式值，直到輸出電壓接近穩(wěn)壓值。

6.3 斜率補償

為避免在占空比超過50%時，電感紋波電流分叉導致輸出電壓紋波增加，內部會生成固定斜率補償信號并添加到感測電流中。但該斜率補償信號的固定幅度要求電感值大于最小值，以避免次諧波振蕩。對于3.3V和5V輸出電壓，推薦的電感值為(4.7mu H)。

6.4 短路頻率折返

在嚴重輸出過載或短路情況下，NCV890104會自動降低開關頻率，以限制功率組件中的峰值電流。如果開關頻率折返到500kHz后電流仍然過高，穩(wěn)壓器會進入自動恢復突發(fā)模式，進一步降低功耗。

6.5 輸出電壓選擇

輸出電壓可通過電阻分壓器進行調節(jié)，開關器的FB參考電壓為0.8V。計算公式為：(R{UPPER }=R{LOWER } frac{V{OUT }-V{FB}}{V{FB}})。同時，可在(R{Lower })上并聯(lián)一個電容來過濾噪聲。

6.6 復位與可調延遲

RSTB引腳在FB引腳電壓低于參考電壓的92%時被拉低，當電壓高于穩(wěn)壓水平的94%時，經過DELAY引腳電容調整的延遲時間后變?yōu)楦咦杩埂４送?，在UVLO、熱關斷或禁用事件發(fā)生時，RSTB引腳也會被拉低。

6.7 擴頻功能

擴頻通過三角波調制2MHz內部振蕩器頻率，控制調制深度和頻率。調制深度和頻率分別通過連接到地的兩個外部電阻進行設置。當RMOD引腳或RDEPTH引腳出現(xiàn)接地短路或開路時，擴頻功能會自動關閉。

6.8 自舉電路

DRV引腳的內部穩(wěn)壓器為外部電容（CDRV）提供接地參考電壓，以便快速充電外部自舉電容（CBST），為功率開關柵極驅動器供電。如果DRV引腳電壓低于DRV UVLO閾值，開關操作會被抑制，軟啟動電路會被重置，直到DRV引腳電壓恢復到閾值以上。

6.9 最小負載要求

為確保自舉電容保持充電狀態(tài)，開關節(jié)點需要定期接地。在輕負載條件下，NCV890104會跳過開關周期以維持輸出電壓穩(wěn)定。但當跳過周期重復頻率過低時，自舉電壓會崩潰，穩(wěn)壓器停止開關操作。因此，NCV890104需要一定的最小負載才能正常工作。

6.10 設計方法

• 輸出電容：根據輸出電壓紋波要求計算最小輸出電容值，同時要考慮電容的ESR對輸出電壓紋波的影響。一般來說，使用兩個(10mu F)的陶瓷電容并聯(lián)可獲得較好的效果。
• 續(xù)流二極管：根據最大電流、電壓額定值和熱考慮選擇二極管。計算二極管的功率損耗，并根據封裝的熱阻和PCB的散熱情況估計溫度上升。
• 輸入電容：輸入電容需要承受RMS輸入紋波電流，并可與電感配合構建輸入濾波器，以減少EMI傳導發(fā)射。
• 誤差放大器和環(huán)路傳遞函數(shù)：誤差放大器是跨導型放大器，通過簡單的II型補償可優(yōu)化系統(tǒng)的動態(tài)響應。根據系統(tǒng)要求設計補償網絡，確保系統(tǒng)具有足夠的相位裕度和帶寬。

七、PCB布局建議

• 最小化功率電流環(huán)路面積：包括輸入電容、NCV890104開關、電感、輸出電容通過接地返回的環(huán)路，以及續(xù)流二極管、電感、輸出電容通過接地返回的環(huán)路。
• 最小化高阻抗信號長度：將反饋跡線和補償跡線等遠離功率環(huán)路，以減少干擾。

八、應用領域

NCV890104適用于多種汽車應用，如音頻系統(tǒng)、信息娛樂系統(tǒng)、安全視覺系統(tǒng)和儀表系統(tǒng)等。

總之，NCV890104是一款性能出色、功能豐富的汽車級降壓開關穩(wěn)壓器。在設計過程中，工程師需要充分了解其特性和工作原理，合理選擇外部組件，并注意PCB布局，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。你在使用類似穩(wěn)壓器時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經驗。