NCP323X系列DC-DC降压调整器特性_内部结构_功能分析

　　NCP323X系列是安森美半导体针对低压、大电流、小体积，如蜂窝通讯基站、服务器及系统存储设备等应用的DC-DC降压调整器，提供大输出电流（额定最大输出电流范围为15A至40A）、宽输入电压（3V至21V）范围，输出电压可低至0.6V，内置过压、过流、短路、过热保护等丰富的保护特性，其中创新的过流保护模式能在负载严重短路时提供可靠保护，高带宽、大驱动电流输出误差放大器提供快速的负载瞬态响应，具有高集成度、高能效等优势。

　　NCP323X系列概览

　　NCP323X系列目前共有8款产品（见图1），其中，NCP3237内部集成超低导通电阻的MOSFET，有效降低工作损耗，提升工作能效，因而支持达40A的输出电流，同时，NCP3237支持的输入电压范围为3V至18V，可满足常用的3.3V、5V、12V、14V等各种电源总线应用。NCP3231和NCP3233已广泛用于通讯设备，NCP3233支持3V至21V的超宽输入电压范围。NCP3235在轻载时为非连续导电模式（DCM），可以有效提升轻载能效。

　　图1：NCP323X系列输出电流及输入电压范围

　　NCP323X采用多晶片平面布局封装，控制器和功率管分布在平面上的不同区域，热量分布均匀，上管具有更强的导热能力。6mm*6mm的封装、足够大的导热面积，可以更换好将芯片工作时产生的热量导入PCB，向外散热，而1mm的高度，使得芯片到PCB的导热路径更小，有助于更好的散热。

　　25A同步整流降压调整器：NCP3231/A

　　NCP3231/A是一款大电流、高能效的电压控制模式同步降压调整器。输入电压从4.5V至18V，支持最低0.6V、且高达25A输出电流。主要特色为：

　　全集成，宽输入电压，高能效

　　Hiccup打嗝模式故障保护（包括输出欠压、输出过压、过流、短路、过温等保护）

　　内部0.6V参考电压，全温度范围内+/-1%精度

　　300K，500K，1MHz固定可选开关频率

　　外部可调软启动Soft-start时间

　　外部可调过流保护点，带温度补偿的精确过流保护比较器

　　无损电流检测，检测下管导通电压，无需外部电路

　　支持输出pre-bias预偏置启动：如果软启动之前输出有预偏置电压，上下功率管会关断，直到内部参考电压上升到和FB电压相同时，首先开通上管，然后继续软启动过程。输出电压在预偏置电压基础上继续上升到设定值，不会有放电再启动的过程。如果预偏置电压比设定的输出电压高，上下管会一直保持关断。

　　可调的精确输入欠压UVLO保护

　　独立比较器可以用于其他保护，如过温保护等。

　　内建芯片OTP过温保护

　　输出OVP与UVP保护

　　集成30V耐压功率场效应管，提供高可靠性

　　4MHz高带宽大驱动电流误差放大器提供快速动态响应

　　NCP3231/A的内部框图如图2所示。Vcc引脚提供IC逻辑控制部分的电路工作所需的电流，内置LDO能满足不同的输入电压，同时能为IC内部提供稳定的供电电源。SS引脚和EN引脚分别采用两个独立的管脚实现，其功能为软启动设定和使能及输入欠压设定，这样的设计能有效地避免在软启动过程中输出电压的非单调上升。ISET引脚用于设定输出限流保护点。对于常规的通过导通电阻来检测并实现过流保护的设计方式，其精准度通常不太理想，主要是因为MOSFET的导通电阻会随温度变化而变化。而安森美半导体的NCP323X系列中，专门设计了一个适应温度变化的电流源，该电流源与导通电阻的比例在全温度范围内保持恒定，因而可实现更精准的过流保护。OTS引脚主要用于IC外部温度侦测热保护功能。

　　图2：NCP3231/A内部框图

　　NCP3231内置0.6V参考电压的OTS比较器，当检测到OTS脚电压大于0.6V时，转换器的上管和下管会同时关断。当OTS脚电压低于0.55V后，转换器会重新进入软启动。该比较器可以用于温度检测，还可以用于输出过压保护如果不需要温度检测，可以将OTS接地。

　　20A同步整流降压调整器：NCP3233

　　NCP3233是一款大电流、高能效的电压控制模式同步降压调整器。具有从3V至21V的超宽输入电压范围，支持最低0.6V输出、且高达20A输出电流。除了具有NCP3231的优势与特性，NCP3233还具有以下重要特点：

　　更宽的输入电压范围

　　输出OVP过压保护：具有独特的两级OVP输出过压保护机制

　　1）NCP3233检测到FB电压高于690mV（115%），通过关闭上管，开启下管降低到额定输出电压。此时PG信号依然为高

　　2）当NCP3233检测到FB电压高于780mV（130%），NCP3233关闭上管，并保持下管持续开启，降低输出电压，同时PG信号拉低；直到FB电压降低到525mV，IC进入打嗝模式。

　　OCP过流保护精度：有更优化的过流检测精度。OCP精度较NCP3231提升10%

　　NCP3233内置电荷泵电路（如图3红框所示），所以当输入总线电压较低时，可利用该内置的电荷泵电路将其升高，同时供给IC内部逻辑和控制电路，以保证芯片能获得稳定可靠的工作电压。

　　由于NCP3233芯片的软启动功能采用独立的SS引脚设置，可以通过调节SS引脚和GND之间的跨接电容，轻松实现软启动时间的设置。

　　图3：NCP3233内部框图

　　NCP3233典型应用电路

　　对于输入电压《6V的应用场景，NCP3233芯片外部通过增加两个二极管和一个电容，配合内置的电荷泵控制电路，可将输入电压升高后再送给IC的VCC引脚，从而获得IC内部的工作电源。

　　对于输入电压》5V的应用场景，直接用输入电压供给VCC引脚，芯片就可稳定启动开始工作，无需使用内部电荷泵电路，因而XCP可悬空处理，无需作额外的上拉或下拉设置。

　　对于输入电压《6V，同时可提供VCC电源的应用，可将芯片的VIN和VCC分别独立供电。此时VCC电源的工作电压范围为5V至21V。

　　图4：NCP3233典型应用电路

　　NCP3233能效测试曲线

　　经测试，输入电压为12V时，NCP3233输出电压为1V和3.3V时的峰值能效分别达到88%和95%，满载能效分别达到85%和94%；输入电压为5V时，输出电压为1V和3.3V时的峰值能效分别达到93%和97%，满载能效分别达到88%和95%；输入电压为3.3V时，输出电压为1V时的峰值能效达到93%，满载能效达到86%。

　　图5：NCP3233能效曲线

　　总结

　　大电流宽输入范围DC-DC降压调整器NCP323X系列是全集成的方案，可有效地减小PCB设计的占板面积，其低导通阻抗减小IC功耗，有效地提升能效，而多重保护方式可有效对IC本身及负载进行过流、短路、过压、过温等全面的保护，并内置独立比较器，客户可根据需要自定义过压、过温保护。各种严格的场景模拟测试，确保NCP323X系列产品在各种严格的应用条件下都能满足应用要求。平面布局封装确保有效、均衡地散热。此外，安森美半导体还提供强大的设计工具，包括电路仿真模型如SIMPLIS、Pspice、COMPCALC和热仿真模型如FloThermPCB，以帮助工程师简化设计流程和提高设计效率，加快产品上市。