深入解析 NCP1605 152W 正激評估板：從原理到實踐

在電源設(shè)計領(lǐng)域，一款性能卓越的評估板對于工程師來說就像是一把精準的手術(shù)刀，能夠幫助我們更深入地理解和應(yīng)用電源管理技術(shù)。今天，我們就來詳細探討 ON Semiconductor 的 NCP1605 152W 正激評估板，看看它在實際應(yīng)用中的表現(xiàn)和優(yōu)勢。

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核心器件 NCP1605 與 NCP1217A 簡介

NCP1605 功率因數(shù)控制器

NCP1605 是專門為滿足特定需求而設(shè)計的功率因數(shù)控制器。在采用窄輸入電壓范圍的正激或半橋轉(zhuǎn)換器中，PFC 級需率先啟動并在電源接入期間保持工作，NCP1605 就能很好地實現(xiàn)這一點。它的“pfcOK”引腳可在 PFC 級準備好工作時啟用下游轉(zhuǎn)換器，當 PFC 級輸出電壓處于調(diào)節(jié)范圍內(nèi)時，該引腳呈高電平，否則為低電平。此外，它還集成了跳周期功能，能在輕載條件下將待機損耗降至最低。相關(guān)詳細信息可參考其數(shù)據(jù)手冊（http://www.onsemi.com/PowerSolutions/product.do?id=NCP1605）。

NCP1217A 控制器

NCP1217A 采用 SOIC - 7 或 PDIP - 7 封裝，適用于現(xiàn)代 AC - DC 適配器的設(shè)計，為基于 UC384X 的設(shè)計提供了替代方案。它非常適合用于雙開關(guān)正激轉(zhuǎn)換器，能將占空比限制在 50% 以下，其電流模式控制拓撲提供了出色的輸入音頻抗擾度和逐脈沖控制能力。當電流設(shè)定點低于給定值時，IC 會自動進入跳周期模式，在輕載時實現(xiàn)高效率，且由于發(fā)生在用戶可調(diào)節(jié)的低峰值電流下，不會產(chǎn)生聲學噪聲。更多信息可查閱（http://www.onsemi.com/PowerSolutions/product.do?id=NCP1217A）。

評估板電源架構(gòu)

該評估板的電源由兩個階段組成：

• PFC 預(yù)轉(zhuǎn)換器：為主要轉(zhuǎn)換器提供穩(wěn)定的 390Vdc 輸入電壓。
• 主轉(zhuǎn)換階段：采用雙開關(guān)正激電路，工作頻率為 133kHz，由 NCP1217A 驅(qū)動。

評估板性能分析

功率因數(shù)與效率

從表 1 可以看出，在不同的輸入電壓和負載電流下，評估板的功率因數(shù)和效率表現(xiàn)良好。在滿載情況下，效率始終保持在 83.9% 以上。例如，在輸入電壓為 120Vrms、輸出電流為 8A 時，功率因數(shù)達到 0.997，效率為 85.3%。這表明該評估板在不同工況下都能實現(xiàn)高效的功率轉(zhuǎn)換。

啟動序列

當 PFC 輸出電壓（VBULK）達到標稱電壓（約 382V）時，電路檢測到啟動階段結(jié)束，“pfcOK”引腳變?yōu)楦唠娖?，允許下游轉(zhuǎn)換器開始工作。在啟動過程中，我們可以觀察到一些跳周期序列，這是因為 NCP1605 的待機管理模塊受主轉(zhuǎn)換器的反饋信號控制。當 VBULK 下降到其標稱水平的 95.5% 以下時，PFC 級恢復工作，避免了啟動序列中出現(xiàn)過沖現(xiàn)象。

過載與短路保護

評估板內(nèi)置了過載檢測電路。當負載電流（IOUT）過大時，該電路會觸發(fā)保護機制。例如，當反饋引腳電壓超過 3V 時，npn 晶體管 Q3 導通，禁用為兩個控制器供電的分立穩(wěn)壓器。在 19V 輸出短路的情況下，電源會進入低占空比的安全打嗝模式，以保護電路。不同輸入電壓下的過載保護閾值也有所不同，具體數(shù)據(jù)可參考表 2。

PFC 級保護

NCP1605 的保護功能使得 PFC 級設(shè)計更加堅固。它具有欠壓檢測功能，最小啟動工作的線電壓均方根值為 83V，系統(tǒng)停止工作的線電壓均方根值為 74V。同時，線路電流被限制在 3.2A，通過公式 (left(I{LINE,MAX }right)=frac{R{OCP } cdot I{REF }}{2 cdot R{SENSE }}=frac{2.4 k cdot 250 mu A}{2 cdot 0.1}=3 A) 可以計算得出。此外，引腳 14 監(jiān)控輸出電壓的一部分，當引腳 14 電壓超過 2.5V 時，電路停止開關(guān)，確保母線電壓不超過設(shè)定的過壓保護（OVP）水平（約 410V）。如果 OVP 引腳意外接地或上拉電阻連接不正確，欠壓保護會檢測到并防止電路工作，避免電源因 OVP 傳感網(wǎng)絡(luò)故障而損壞。當引腳 13 上施加超過 2.5V 的電壓時，電路會鎖存關(guān)閉，直到開關(guān)電源拔下插頭，使 NCP1605 的 Vcc 電壓降至 4V 復位電壓以下才能恢復工作，這一功能可在開關(guān)電源出現(xiàn)過熱等重大故障時禁用電源。

動態(tài)性能

在 120Vrms 下，將輸出電流（IOUT）從 2A 變化到 8A（斜率為 2A/s）時，得益于 NCP1605 的動態(tài)響應(yīng)增強器，母線電壓在負載電流從 25% 突然增加到滿載時，能保持在 350V 以上。當負載電流突然下降時，PFC 級利用雙開關(guān)正激反饋電壓（FB）的快速響應(yīng)，避免了母線電壓（VBULK）出現(xiàn)過沖現(xiàn)象。當 FB 電壓下降到足夠低的水平時，PFC 級會跳過一些周期，直到母線電壓達到其標稱值的 95.5%，從而為雙開關(guān)正激提供較窄的輸入電壓范圍。

待機性能

在輕載條件下，電路進入跳周期模式以降低損耗，PFC 級在待機時保持開啟，為雙開關(guān)正激提供標稱輸入電壓。從表 3 可以看出，在不同輸入電壓下，無負載時的平均輸入功率分別為 425mW（90V）和 450mW（110V）。其中約 80mW 的損耗來自兩個 VBULK 傳感網(wǎng)絡(luò)，如果僅使用一個傳感網(wǎng)絡(luò)或使用更高阻抗的電阻分壓器降低傳感網(wǎng)絡(luò)的泄漏電流，有望進一步提高性能。當負載電流低于 0.5A 時，PFC 級進入跳周期模式，母線電壓在約 380V 至 360V 之間振蕩。

熱測量

使用熱成像儀在環(huán)境溫度為 25°C 的條件下運行 2.5 小時后，對評估板各部分進行了熱測量。PFC 級的功率 MOSFET、母線電容、電流檢測電阻、線圈和輸入橋的溫度分別為 85°C、65°C、85°C、75°C 和 110°C。雙開關(guān)正激級的功率 MOSFET（低側(cè) 90°C、高側(cè) 85°C）、變壓器、輸出電容、輸出線圈和輸出二極管（MBR20100）的溫度分別為 75°C、55°C、100°C 和 110°C。這些數(shù)據(jù)為評估板的散熱設(shè)計提供了重要參考。

物料清單

評估板的物料清單詳細列出了各個元件的參數(shù)、制造商和型號等信息，為工程師進行設(shè)計和替換提供了便利。例如，PFC 二極管 D1 采用 ON Semiconductor 的 MUR460RLG，PFC MOSFET M1 采用 Infineon 的 SPP20N60S5 等。

測試程序

測試步驟

1. 在評估板的輸出端（“+VOUT”和“-VOUT”端子之間）連接電阻性或有源負載，該負載應(yīng)能夠從 19V 中汲取 12A 的電流。
2. 為了評估評估板的性能，建議使用功率分析儀測量電源提供的功率（“Pin”）、功率因數(shù)（“PF”）和從交流電源吸收的電流的總諧波失真（“THD”）。功率分析儀應(yīng)插入電源和評估板之間。
3. 將評估板連接到 250W 或更高功率的隔離交流電源，該電源應(yīng)模擬市電，電壓應(yīng)為 50 或 60Hz 的正弦波（無直流分量），且幅度不得超過 265Vrms。
4. 進行性能測量，例如在 120Vrms 輸入電壓下，輸出電流為 8A 時，輸出電壓應(yīng)在 18.5V 至 19.5V 之間，功率因數(shù)應(yīng)高于 0.990，輸入功率應(yīng)小于 190W。當輸出電流低于 0.25A 時，PFC 級應(yīng)進入跳周期模式，可通過觀察線路電流的脈沖情況進行檢查。增加負載電流直到 19V 輸出電壓下降，負載電流應(yīng)小于 12A，電源應(yīng)進入打嗝模式，同樣可通過觀察線路電流進行驗證。此測試應(yīng)盡量縮短時間，以避免評估板過熱。

注意事項

評估板包含高電壓、高溫和帶電部件，只有具備電力電子專業(yè)知識的人員才能進行操作和測試。在操作過程中，務(wù)必格外小心，確保自身和他人的安全。

通過對 NCP1605 152W 正激評估板的詳細分析，我們可以看到它在功率因數(shù)、效率、保護功能和動態(tài)性能等方面都表現(xiàn)出色。對于從事電源設(shè)計的工程師來說，這款評估板是一個非常有價值的參考工具，能夠幫助我們更好地理解和應(yīng)用電源管理技術(shù)，設(shè)計出更高效、更可靠的電源系統(tǒng)。你在使用類似評估板的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。