深入解析NCP1050 - NCP1055系列高壓開關穩壓器

在電源設計領域，找到一款能夠滿足低待機功耗要求、同時具備高性能和可靠性的穩壓器至關重要。ON Semiconductor的NCP1050 - NCP1055系列高壓開關穩壓器就是這樣一款值得關注的產品。今天，我們就來深入了解一下這個系列的產品。

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產品概述

NCP1050 - NCP1055是一系列單片高壓穩壓器，旨在使終端產品設備符合低待機功耗要求。該系列產品將所需的轉換器功能集成在一起，為辦公自動化、消費和工業產品提供了簡單而經濟的電源系統解決方案。這些器件設計為直接從整流后的交流線路源運行，在反激式轉換器應用中，它們能夠在固定交流輸入（100 V、115 V或230 V）下提供6.0 W至40 W的輸出功率，在可變交流輸入（85 V至265 V）下提供3.0 W至20 W的輸出功率。

產品特性亮點

獨特的啟動電路

啟動電路消除了對轉換器變壓器輔助偏置繞組的需求，這大大簡化了電路設計，降低了成本。同時，還提供了可選的輔助偏置繞組覆蓋功能，適用于最低待機功耗應用。

全面的保護功能

• 過載和開環保護：能夠檢測轉換器輸出的過載和開環情況，確保系統的穩定性。
• 自動重啟故障保護：當檢測到故障時，設備會自動重啟，恢復正常運行。
• IC熱故障保護：防止設備因過熱而損壞，提高了設備的可靠性。

快速響應的振蕩器

采用獨特的雙邊緣門控振蕩器配置，實現了極快的環路響應，并具備雙脈沖抑制功能。同時，振蕩器頻率抖動和受控的壓擺率驅動器有助于降低電磁干擾（EMI）。

低功耗設計

低功耗特性使得該系列產品符合歐洲藍天使標準，滿足環保要求。

寬輸入電壓范圍

能夠在85 V至265 V的整流交流線路源下正常工作，適應不同的電源環境。

多種頻率選項

振蕩器頻率可選44 kHz、100 kHz或136 kHz，滿足不同應用的需求。

環保設計

這些器件是無鉛和無鹵化物的，符合環保標準。

引腳功能詳解

VCC引腳

這是正電源電壓輸入引腳。在啟動期間，電源從引腳5提供給該輸入。當VCC達到VCC(on)時，啟動電路關閉，輸出開始以1.0 V的滯后電壓在VCC引腳上進行開關操作。連接到該引腳的電容用于編程故障定時和頻率調制率。

控制輸入引腳

當從該引腳流出或施加的電流大于約50 A時，功率開關電路將關閉。芯片上內置了10 V的鉗位，以保護設備免受ESD損壞或過壓條件的影響。

接地引腳

該引腳是控制電路和功率開關電路的接地引腳，是集成電路引線框架的一部分。

功率開關漏極引腳

該引腳設計用于直接驅動轉換器變壓器的初級繞組，并在內部連接到功率開關和啟動電路。

工作原理剖析

振蕩器

振蕩器是一個獨特的固定頻率、占空比控制的振蕩器。它對片上定時電容進行充電和放電，以生成精確的方波信號，用于對功率開關電路進行脈沖寬度調制。在定時電容放電期間，振蕩器占空比輸出將驅動器的一個輸入保持為低電平，從而限制最大占空比。為了降低EMI，IC中還集成了頻率調制功能。

控制輸入

控制輸入引腳電路具有并行源極跟隨器輸入級，電壓鉗位設置為1.35 V和4.6 V。電流源將通過跟隨器的輸入電流鉗位在約47.5 A，并具有10 A的滯后。當施加到該輸入的源極或漏極電流超過此值時，內部生成的邏輯信號會改變狀態，以阻止功率開關導通。

導通鎖存器

振蕩器輸出通常是一個77%正占空比方波波形。該波形被反相并應用于導通鎖存器的復位輸入，以防止在保證的關斷時間內進行任何功率開關導通。這個方波還由控制部分的輸出進行門控，并應用于同一鎖存器的置位輸入。因此，當控制輸入未被斷言且振蕩器輸出為高電平時，功率開關可以被激活。

關斷鎖存器

關斷鎖存器功能用于保護功率開關電路免受過電流影響，并減少因突然去除負載而導致輸出過沖的可能性。如果功率開關電流達到指定的最大電流限制，電流限制比較器將復位關斷鎖存器并關閉功率開關電路。

電流限制比較器和功率開關電路

功率開關電路采用SENSEFET?來監測漏極電流。一部分電流流入感測元件Rsense。電流限制比較器檢測Rsense兩端的電壓是否超過其反相輸入處的參考電平。如果超過該電平，比較器將迅速復位關斷鎖存器，從而保護功率開關電路。

啟動電路

整流后的交流線路電壓通過初級繞組施加到引腳5的啟動電路上。該電路是自偏置的，并作為一個由控制邏輯門控的恒流源。在施加交流線路電壓后，該電路將電流路由到通常連接到引腳1的電源電容中。在正常操作期間，通過比較器監測電源電壓并相應地控制啟動電流源，該電容的電壓在7.5至8.5 V之間進行滯后調節。

欠壓鎖定

欠壓鎖定（UVLO）比較器確保集成電路有足夠的電壓來完全正常工作。UVLO比較器監測引腳1處的電源電容輸入電壓，并在電容電壓降至欠壓鎖定閾值以下時禁用功率開關電路。

故障檢測器

NCP105X系列集成了故障檢測電路，用于檢測應用故障條件，如開環、過載或輸出短路。通過用已知電流驅動電源電容并在設定的閾值之間進行滯后調節來生成定時器。

熱關斷

內部熱關斷模塊在結溫超過最大值時保護設備。當激活時（通常在160°C），驅動器的一個輸入被保持為低電平，以禁用功率開關電路。當結溫降至85°C以下時，功率開關可以恢復操作。

應用案例分析

文檔中提供了兩個應用示例：通用輸入6瓦轉換器應用和5.5瓦充電器應用。這兩個應用在寬范圍的線路輸入電壓和負載電流值下都能產生良好調節的輸出電壓。充電器應用在負載電流超過預設范圍時會過渡到恒流輸出，這對于便攜式產品（如手機、個人數字助理和尋呼機）的電池充電應用非常有效。

組件選擇指南

• 緩沖組件：選擇緩沖組件R1、C3和D5，使引腳5上的電壓限制在0至700伏的范圍內。這些組件可以保護IC免受電壓瞬變的影響，但會略微降低效率。
• 電容C5：電容C5具有多種用途，它與內部啟動電路一起為IC提供電源，同時還為振蕩器頻率掃描提供定時，以限制傳導EMI發射。其值還將決定輸出故障（過載或短路）或開環條件下的響應。
• 電阻R5和R6：電阻R5和R6與IC3選擇的參考電壓一起確定調節后的輸出電壓。
• 充電器應用組件：Q1的基極 - 發射極電壓降和R7的值將設置充電器應用的固定電流限制值。R9用于限制Q1的基極電流。R8可以選擇保持固定電流限制或提供電流限制折返。C13在充電器應用處于電流限制時提供輸出電壓穩定性。

訂購信息

NCP1050 - NCP1055系列提供了多種型號和封裝選項，包括8引腳PDIP和4引腳SOT - 223封裝。每個型號都有不同的電流限制和振蕩器頻率選項，以滿足不同的應用需求。

總之，NCP1050 - NCP1055系列高壓開關穩壓器以其豐富的特性、全面的保護功能和廣泛的應用范圍，為電源設計工程師提供了一個優秀的選擇。在實際設計中，我們需要根據具體的應用需求，合理選擇組件，以實現最佳的性能和可靠性。你在使用類似產品時遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。