反激变换控制器 NCP1337

最优秀的准谐振反激变换品控制器NCP1337今年EDN获奖的电源控制产品中首推NCP1337，系因为它集成了当今小功率控制器满足绿色能源标准的各项高科技。该产品的效率最高，待机功耗最低，EMI最低，而且处理容易。NCP1337采用电流型准谐振的反激式控制。它将真实的电流型调制与去磁检测结合，确保在任何负载及输入电压条件下都完全工作在临界导通型。从而有最低的漏电压之下的关断，做到最高效率。变压器磁芯复位的检测由IC内处理,不再用外部任何信号,这是因为利用了栅对漏的电容变化的概念去检测去磁状态称作Soxyless。最高振荡频率由IC内部控制在130KHz以内，防止控制器工作进入150KHz的CISPR-22EMI处理难关的区域。采用监视回馈端的活动状态的方法，控制器可以根据电源工作的需要立即进入波动型，从而使功耗降至预置的水平以下。每次重新起动都由IC内的软起动来控制，因此要限制其工作频率降到25Hz以下，从而防止可能出现的音频噪音。NCP1337另一个特点，即有效地保护IC及电源。如过流时即禁止输出脉冲,进入安全的猝发型工作模式，并试图重新起动。一旦故障移去，器件会自动恢复。还增加了布朗保护功能和可调的过功率保护。Vcc的OVP保护。内部4ms的软起动消除了传统模式的起动应力。总结其主要特色如下：自由振荡临界型准谐振方式工作。电流型控制。软的波动式工作，待机时有最低的工作频率。自动恢复式的短路保护,由辅助绕组状态检测决断。过压保护。布朗输出保护。两个外部故障触发比较器（一个用于禁止，一个用于锁存）。内部设置的4ms软起动。500mA的驱动能力,输出与漏入能力相同。130KHz最高工作频率。IC内部前沿消隐。IC内部过热关断保护。光耦直接连接的反馈方式。动态自供电的高压起动源，12V起动，10V关断。提供SPICE模型分析。无铅作业器件。主要应用场合为：AC/DC适配器为NoteBook设计。消费类电子（DVD，机顶盒，LCDTV等）大功率系统的辅助电源。外管脚功能介绍1PINBO布朗保护端，通过电阻网络接至输入电压，以令电源有输入欠压保护。外部的故障信号令其超过3.0V，即禁止控制器输出。若超过5.0V，使控制器锁死。

2PINFB峰值电流反馈端。接到反馈光耦或辅助源。峰值电流设置点可根据所需要的输出功率调整。当所需峰值电流设置点在内部待机水平以下时，器件即进入软波动工作模式。3PINCS电流检测输入及过功率保护的补偿调节。此端检测主功率MOS电流，将取得的信号送入内部比较器,串入一支电阻可允许控制过功率补偿的水平。4PINGNDIC的公共端。5PINDRV输出驱动端子，接到外部功率MOSFETo6PINVCCIC供电端，接一支储能电容及旁路电容。在Vcc电压达到18.6V时，内部OVP即令其停止输出。8PINHV高压输入端。直接接到高压输入源。此端流入一恒定电流给Vcc储能电容，以确保清洁无损的起动顺序。工作描述NCP1337执行标准的电流控制型。开关关断时间由峰值电流设置点决定，由磁芯复位检测触发实现开关开启，该元件代表了理想的选择，即很少的外围元件数，关键的参数，低成本的AC/DC适配器，消费类产品及辅助源。由于其高性能的高压技术，NCP1337含有了全部高科技特色，建起一个优秀的AC/DC开关电源。图1为NCP1337组成的AC/DC基本电路。Figure1.Typical!ApplicationSchematic准谐振式工作，谷低开关式工作确保工作条件。其由内部栅漏电容Soxyless电路保障。结果使初级开关无损开启，二次测二极管没有反向恢复损耗，且EMI及音频噪音干扰降低或消除。变换器仍在第一顺序系统，因此很容易设计反馈环路。动态自供电由于它采用高压集成技术(VHVIC)，NCP1337可直接接到高压直流供电端,动态电流源给Vcc端电容充电，并提供整个达到Vcc工作的电平。因而小功率应用时可不用辅助绕组供电，在其它较大功率的应用中，辅助绕组还是需要的。DSS的设置简化了Vcc的部分。过流保护(OCP)当反馈电流低于最小值时，即是故障被检测出来,如果此故障存在超过80ms,则NCP1337即进入一个自动恢复的软的猝发模式，所有脉冲都停止,Vcc电容放电到5.0V以下，然后监视Vcc电平，起动电流源开启然后关闭，建起猝发式工作模式。电流源启动两次后，控制器试图重新在4ms内软起动。如果故障移去，则电源重新正常工作。如果故障仍旧存在，则猝发模式再次开始。软起动与最低频率箝制，允许变压器在输出短路状态时减少噪声。过压保护（OVP）连续监视Vcc电压电平，当过压条件检测出来，NCP1337即停止开关。布朗输出保护检测（BO）监视1PIN电平，正常工作时控制器保护SMPS保护输入欠压条件，当1PIN电平降到500mv以下，控制器停止脉冲，直到电平回到正常。加一个电阻分压器将此端接于输入高压并调节好保护电平。过功率补偿（OPC）一个内部的电流源接到3PIN输出（CS端）,其正比于加到1PIN的电压，由于此电压是一输入电压的镜象，与3PIN之间串入一个电阻，即可建起一个电流检测信号的失调偏离，用以补偿输入电压变化的影响。外部锁存断开点用外部强制给1PIN一个电平，令其高于3V（但低于5V）就可以禁止控制器的输出。如果此电压超过5.0V，控制器即锁死。为恢复正常工作，Vcc电压要降到4V以下，这意味着给SMPS从主线加一插塞。待机能力在轻载条件下,NCP1337进入软波动型工作，当CS设置点低过最大峰值电流20%时，输出脉冲即停止。然后待到FB环强制点比其高出25%时再次起动，因为这会出现低的峰值电流。随着软式跨越被启动及Toff被箝住，保证了无噪音的工作，仅有一个低成本的变压器即可。Soxyless（无线圈检测去磁）谷底检测技术系基于监视功率MOS的漏极电压的变化。当变压器完全去磁后，漏极电压的演变从平坦高原降到Vin，渐近线系由Lp变压器电感和漏极整个电容之间的谐振能量传输来支配的。这个电压的振荡建起开关MOSFET的寄生电容的电流振荡（包括栅与漏之间的电容）。一个负向电流流出DRV端，在漏电压振荡期间进入漏，一个正向电流也在此期间增加一部分。如图6所示。Figure6.SoxylessConcept漏电压的谷底处相对应于此电流转向，用检测此点状态,我们即可决定进入谷底，然后MOSFET导通，进入下一周期。流入功率MOSFET栅的电流为：Igate=Vring/ZC（ZC为电容等效阻抗）Igate=Vring2n,fresCrss此栅电流的幅度取决于MOSFET特性漏极平坦电压末端时的谐振频率及电压涌动。死区时间Tswing=0.5/fne*孝Lp*Cdrain此处,Lp是变压器初级的电感，Cdrain是MOSFET漏极全部电容。它包括吸收回路的，变压器绕组的，加上MOSFET寄生的Coss和Crss。内部反馈电路为简化初级调整率的确保工作，必须加入一个电流给FB端，但是要有精确的初级调整率，FB端的电压就必须被调整好，图7给出FB端内部的实现情况,电路有电流到电压的转换功能及电压调节功能。InternalInternalSetpointFigure7.InternalImplementationofFBPin输入信息是一个加入FB端子的电流，其由反馈环路供给，电流范围从40uA到220uA，相应于到VcsrippleIN.在流从0超过400uA也可能出现，电路也必须能适应之。为调节FB端电压，运算放大器需要有高的增盖和宽的带宽。但是反馈信息用于内部时需要滤波，因为我们不希望控制器检测出开关噪声，为此目的,加一个20KHz的滤波器在并联调整器之后，任何反馈信号的读取都在此滤波之后进行。软式猝发模式的保护NCP1337的特色还有一个故障时段，去检测过载时仅去检测Vcc的电压，如反馈环要求应对最大功率一样快，故障检测在内部有一个时段开始，当故障消失时,此时段复位。但如果时段达到80ms，则保护状态即激活。一旦保护被触发，输出脉冲即停止，且DSS被钝化。（即高压电流源开启阈值从VccMIN变成VccLatch）Vcc电压就慢慢减少。HV电流源在Vcc达到VccLatch时又被打开，结果Vcc又增加到VccON。但控制器没有起动，输出仍旧强制为低电平。Vcc再次减到VccLatch。然后一个新的起动周期出现。在第二个努力中，输出被释放,NCP1337有效地起动,软起动也激活，图4说明了这个动作。安全特色NCP1337包括好几个安全特色，以帮助电源设计师完成设计。OVP（Vcc过压保护）在Vcc电压高过18.6V时启动。布朗输出（欠压锁定）在130端电压低于500mv启动。禁止（由外部信号启动比较器）在BO端电压高于3.0V但低于5.0V起作用。TSD（过温度关断）芯片温度超过150度时启动，再降到120度时才恢复工作。所有上述故障对控制器都有相同的后果，即DRV驱动脉冲停止，条件移去后，控制器以软起动方式重新起动。常设锁定（永久锁定）在BO端电压超过5V时激活，但它要由外信号比较器激活之。当此比较器激活时,DRV脉冲停止,DSS被钝化，仅起动电流源动作，每次令Vcc达到VccLatch.保持Vcc在5V--12V之间。控制器停在此位置直到Vcc电压减到4.0V以下，如果电源从主线未被塞死，则Vcc总会高于5.0V。软波动模式软波动模式是跨越式的一种，它有一个大的滞后，为确保无噪声的跨越，比较器在无载时能高效工作，内部设置点达到VcsrippleIN=100mv（相应于最大设置点的20%）输出脉冲即停止。然后FB环要求更大功率，内部设置点即增大，在其达到VcsrippleOUT=130mv时（相应于最大设置点的25%）输出再次给出脉冲，软起动激活,并停止此阶段。见图5时序。HV电流源NCP1337的特色之一即是DSS，它可以在没有任何辅助电压的情况下让IC工作，但是为保护芯片，防止Vcc端短路情况，由HV给出的电流源在Vcc低于1.5V时很小。在此情况下,DRN端上消耗的电流超过DSS的供给能力，HV电流源在Vcc达到VccMIN时才完全ON，但Vcc端的电压保持量减少，如果没有UVLO阈值窗口去停止DRV脉冲，栅驱动电压将会太低，使工作风险提高，甚至毁坏MOSFEToNCP1337为此加入一比较器，其阈值为9V，当Vcc达到此电平,HV电流源开启，DRV脉冲停止，保护功能激活。布朗输出保护布朗输出保护比较器有一个固定的500mv基准。当送入比较器的电压达到时即被启动。于是一个10uA的内部电流源激活，流入外接电阻分压器的下端电阻,令基准值偏移。给出布朗输出保护的最小窗口阈值。在分压器和BO端