深入解析Onsemi NCP3284/NCP3284A單相同步降壓調(diào)節(jié)器

在當(dāng)今的電子設(shè)備中，高效、緊湊的電源管理解決方案至關(guān)重要。Onsemi的NCP3284和NCP3284A單相同步降壓調(diào)節(jié)器就是這樣一款優(yōu)秀的產(chǎn)品，它集成了功率MOSFET，為我們提供了高性價比的電源管理方案。下面，我們就來詳細(xì)了解一下這款調(diào)節(jié)器。

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產(chǎn)品概述

NCP3284和NCP3284A是單相同步降壓調(diào)節(jié)器，集成了功率MOSFET，能在寬輸入和輸出工作電壓范圍內(nèi)提供高效、緊湊的電源管理解決方案。NCP3284可提供高達(dá)30A的TDC輸出電流，NCP3284A更是能達(dá)到35A。其高達(dá)1MHz的高開關(guān)頻率，允許使用小尺寸的電感和電容，同時由于集成了高性能功率MOSFET，還能保持高效率。此外，它還具備差分電壓感測、靈活的軟啟動編程和全面的保護(hù)功能。

產(chǎn)品特性

輸入輸出電壓范圍

輸入電壓 (V{IN}) 范圍為4.5V - 18V，輸出電壓 (V{OUT}) 范圍為0.8V - 5.5V，并且支持遠(yuǎn)程電壓感測。

開關(guān)頻率

提供500k/600k/800k/1MHz的開關(guān)頻率選擇，可根據(jù)實際需求靈活配置。

輸出電流

NCP3284連續(xù)輸出電流可達(dá)30A，脈沖電流可達(dá)45A；NCP3284A連續(xù)輸出電流可達(dá)35A，脈沖電流可達(dá)50A。

其他特性

• 集成5V LDO或外部5V電源使能，可編程 (V_{IN}) UVLO。
• 可選擇強制CCM和自動DCM/CCM模式，以在輕載時實現(xiàn)高效率。
• 可編程軟啟動和關(guān)機(jī)時輸出放電功能。
• 可編程電流限制、欠壓保護(hù)、過壓保護(hù)和可恢復(fù)的熱關(guān)斷保護(hù)。
• 可選保護(hù)模式（鎖存關(guān)斷或打嗝模式）和電源良好指示器。

引腳說明

該調(diào)節(jié)器共有37個引腳，每個引腳都有其特定的功能。例如，ILIM引腳用于通過連接電阻來編程電流限制；PGOOD引腳是開漏輸出，用于指示調(diào)節(jié)器的輸出是否在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)；VIN引腳是LDO的電源輸入引腳等。詳細(xì)的引腳功能可參考數(shù)據(jù)手冊中的引腳描述表格。

電氣特性

電源電壓監(jiān)控

VCC欠壓（UVLO）閾值為4.0V，VCC OK閾值為4.5V，UVLO遲滯為200mV。

電源電流

不同工作模式下的電源電流有所不同，如PVIN關(guān)機(jī)電流在EN低電平時為4.8 - 20μA（LDO啟用）或3.5 - 6.4mA（LDO禁用）等。

5V線性調(diào)節(jié)器

輸出電壓在6V < VIN < 18V，IDRV = 0 to 30mA（外部）且EN高電平、無開關(guān)時為4.8 - 5.4V，壓差電壓在VIN = 5V，IDRV = 50mA（外部）、EN高電平、無開關(guān)時最大為200mV。

PWM調(diào)制

最小導(dǎo)通時間為50ns，最小關(guān)斷時間為150ns。

電壓調(diào)節(jié)

調(diào)節(jié)后的反饋電壓FB到VSNS - 為795 - 805mV。

其他特性

還包括電壓誤差放大器、電流感測放大器、開關(guān)頻率、軟啟動、PGOOD等方面的電氣特性，具體參數(shù)可參考數(shù)據(jù)手冊。

工作模式

操作模式和開關(guān)頻率配置

通過在MODE/FSET引腳連接±1%公差的電阻來編程操作模式和開關(guān)頻率，不同的電阻值對應(yīng)不同的頻率和操作模式，如0Ω對應(yīng)600kHz的FCCM模式，2.49kΩ對應(yīng)1000kHz的FCCM模式等。

電流模式RPM操作

NCP3284/A采用電流模式Ramp - Pulse - Modulation（RPM）方案。在強制CCM模式下，電感電流始終連續(xù)，器件以準(zhǔn)固定開關(guān)頻率運行；在自動CCM/DCM模式下，中重負(fù)載時電感電流連續(xù)，器件以準(zhǔn)固定開關(guān)頻率運行，輕負(fù)載時電感電流不連續(xù)，器件自動以PFM模式運行，具有自適應(yīng)固定導(dǎo)通時間和可變開關(guān)頻率。

軟啟動和關(guān)機(jī)

該調(diào)節(jié)器具有軟啟動功能，即使在預(yù)偏置輸出條件下也能正常工作。軟啟動時間可通過SS引腳外部編程。設(shè)備啟用后，輸出在典型0.7ms的系統(tǒng)復(fù)位周期TRST后開始斜坡上升。當(dāng)設(shè)備禁用或發(fā)生UVLO時，設(shè)備立即關(guān)機(jī)，高低側(cè)MOSFET均關(guān)閉。

自舉電容電壓刷新

采用自舉電路為高端柵極驅(qū)動器提供電源電壓，在BOOT引腳和PHASE引腳之間連接一個0.22μF/25V的陶瓷電容來維持自舉電壓。在強制CCM模式下，自舉電壓逐周期刷新并始終充滿；在 (Vout ≥1.8V) 且啟用自動DCM/CCM模式的應(yīng)用中，需要注意最小負(fù)載要求，以確保自舉電容有足夠的電壓供高端柵極驅(qū)動器正常工作。

使能和輸入UVLO

當(dāng)EN引腳電壓高于內(nèi)部閾值 (V_{EN_TH}) 和遲滯電壓之和時，設(shè)備啟用。遲滯電壓可通過連接到EN引腳的外部電阻REN編程。同時，可在EN引腳實現(xiàn)輸入電源的UVLO功能，通過兩個外部電阻編程UVLO閾值。為避免未定義操作，EN引腳在應(yīng)用中不應(yīng)浮空。

保護(hù)功能

過流保護(hù)（OCP）

采用逐周期電流限制來保護(hù)轉(zhuǎn)換器免受過流影響。平均電流限制 (I{LMT}) 可根據(jù)編程的谷值電流限制 (I{LMT_Valley}) 和電感電流紋波計算得出。OCP檢測從軟啟動時間TSS開始，在關(guān)機(jī)、鎖存關(guān)斷和打嗝空閑時間結(jié)束。

欠壓保護(hù)（UVP）

UVP檢測在軟啟動后PGOOD延遲Td_PGOOD到期時開始，在關(guān)機(jī)、鎖存關(guān)斷和打嗝空閑時間結(jié)束。當(dāng)FB電壓低于0.2V超過1.0μs時，設(shè)備拉低PGOOD并關(guān)閉高低側(cè)MOSFET。

過壓保護(hù)（OVP）

OVP檢測從軟啟動時間TSS開始，在關(guān)機(jī)、鎖存關(guān)斷和打嗝空閑時間結(jié)束。當(dāng)FB電壓超過OVP閾值超過1μs時，觸發(fā)OVP并拉低PGOOD，同時高端MOSFET鎖存關(guān)閉，低端MOSFET開啟。

鎖存關(guān)斷或打嗝模式

可通過將35引腳浮空或接地來配置保護(hù)（OCP、UVP和OVP）的鎖存關(guān)斷模式或打嗝模式。鎖存關(guān)斷后需要循環(huán)VCC或EN到關(guān)斷狀態(tài)再恢復(fù)才能重啟設(shè)備；打嗝模式下，PGOOD拉低后開始計數(shù)32ms的空閑時間，空閑時間結(jié)束后進(jìn)行正常上電序列。

熱關(guān)斷（TSD）

內(nèi)部熱關(guān)斷保護(hù)可防止設(shè)備在芯片溫度超過150°C時過熱。當(dāng)VCC和EN有效時，TSD檢測激活。觸發(fā)熱保護(hù)后，整個芯片關(guān)機(jī)；溫度降至125°C以下時，系統(tǒng)自動恢復(fù)并進(jìn)行正常上電序列。

電源良好（PGOOD）

軟啟動結(jié)束后，PGOOD在正常操作時有效；在保護(hù)和關(guān)機(jī)時拉低。PGOOD引腳是開漏引腳，內(nèi)部下拉控制電路由VCC供電。為避免VCC未準(zhǔn)備好時PGOOD指示無效，建議將PGOOD引腳的外部上拉電阻連接到VCC。

布局指南

電氣布局考慮

• 功率路徑：使用寬而短的走線，以減少寄生電感、高頻環(huán)路面積和不必要的銅損。
• 電源去耦：使用輸入電容進(jìn)行良好的去耦，減小輸入環(huán)路面積，以減少寄生電感、輸入電壓尖峰和噪聲發(fā)射。
• VCC去耦：將去耦電容盡可能靠近控制器的VCC和VDRV引腳放置，VCC引腳的濾波電阻不應(yīng)高于2.2Ω，以防止大的電壓降。
• 開關(guān)節(jié)點：SW節(jié)點應(yīng)采用銅澆鑄，但要緊湊，因為它也是一個噪聲源。
• 自舉：自舉電容和可選電阻應(yīng)非?？拷⒅苯舆B接在26引腳（BST）和25引腳（PHASE）之間，25引腳無需外部連接到SW節(jié)點，因為它已與其他SW引腳內(nèi)部連接。
• 接地：PCB上應(yīng)有多層GND平面，通過多個過孔將暴露的PGND焊盤直接連接到GND平面，通過靠近AGND引腳的過孔將AGND引腳連接到GND平面。
• 電壓感測：使用開爾文感測對，并為差分輸出電壓感測安排一個“安靜”的路徑，保持FB走線短，以最小化其對地電容。

  熱布局考慮

• 暴露焊盤必須與電路板良好焊接，建議使用具有實心接地平面的四層或更多層PCB板，以實現(xiàn)更好的散熱。
• 在IC周圍和暴露焊盤下方使用更多的自由過孔，將內(nèi)部接地層連接起來，以減少IC的熱阻抗路徑。
• 使用大面積銅澆鑄來幫助熱傳導(dǎo)和輻射。
• 不要將電感放置得離IC太近，以分散熱源。

訂購信息

NCP3284MNTXG可提供30A電流，采用PQFN37封裝，每卷3000個；NCP3284AMNTXG可提供35A電流，同樣采用PQFN37封裝。關(guān)于卷帶規(guī)格的詳細(xì)信息，可參考Tape and Reel Packaging Specifications Brochure, BRD8011/D。

總的來說，Onsemi的NCP3284和NCP3284A單相同步降壓調(diào)節(jié)器是一款功能強大、性能優(yōu)異的電源管理芯片，在電信、網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器和存儲系統(tǒng)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。各位電子工程師在實際設(shè)計中，可以根據(jù)具體需求合理選擇和使用這款芯片，以實現(xiàn)高效、穩(wěn)定的電源管理。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。