深入解析 NCP12711：高效电源控制的理想之选

在电源设计领域，寻找一款性能卓越、功能丰富且成本效益高的 PWM 控制器至关重要。onsemi 的 NCP12711 便是这样一款值得关注的产品，它为单端电源转换器拓扑的实现提供了全面的解决方案。

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产品概述

NCP12711 是一款固定频率峰值电流模式 PWM 控制器，无需辅助绕组即可在 4V 至 45V 的宽输入电压范围内工作。其可编程振荡器能在 100kHz 至 1MHz 频率下运行，并集成了斜率补偿功能，有效防止次谐波振荡。此外，该控制器还具备可编程软启动、输入电压欠压锁定（UVLO）保护和过功率保护（OPP）等特性，为电源系统的稳定运行提供了有力保障。

低功耗、宽范围应用非隔离式转换器

一次侧稳压宽范围应用隔离式转换器

方框图

关键特性剖析

宽输入电压范围与内部稳压器

NCP12711 的 $V{cc}$ 输入范围为 4V 至 45V，内部集成了 7.5V 稳压器，无需辅助绕组即可为设备供电。在需要降低功耗的应用中，可通过辅助绕组提升 $V{CC}$ 引脚电压并永久禁用稳压器，以提高电源效率。

电流模式控制与斜率补偿

采用电流模式控制，结合可调节的斜率补偿方案，通过在 CS 引脚串联一个电阻，设计师能够精确调整补偿水平，满足不同应用的需求。这种设计有效解决了电流模式电源在连续导通模式（CCM）下占空比接近 50% 时易出现的次谐波振荡问题。

0% 占空比操作

当误差放大器 COMP 引脚施加 640mV 电压时，环路可将峰值电流设定点编程为 0A。在轻载情况下，IC 能以最小导通时间（$t_{on}$）安全跳过周期，防止输出电压失控，同时将输出纹波降至最低。

内部保护功能

• 过功率保护（OPP）：内部缓冲 UVLO 电压，在高输入电压时降低最大峰值电流设定点，确保转换器在宽输入电压范围内稳定工作。OPP 在启动序列或轻载运行时会被禁用。
• 软启动：通过连接到地的简单电容即可调整软启动过程，在启动时逐渐增加峰值电流和开关频率，减少主功率开关的应力和输出电压过冲。
• 短路保护：当内部 0.25V 最大峰值电流限制被激活时，启动一个可编程定时器。定时器超时后，控制器进入自动恢复模式，每 1 秒尝试重启一次。此外，还具备针对二次侧绕组或整流二极管短路的保护机制。

板载运算放大器

板载运算放大器可用于实现非隔离式 DC - DC 转换器或隔离式转换器，其中整流后的辅助电压可用于调节输出。

电气特性详解

NCP12711 的电气特性涵盖了电源电路、电流检测、COMP 部分、运算放大器、软启动、振荡器、欠压锁定等多个方面。以下是一些关键参数：

• 电源电路：$V_{cc}$ 调节水平为 7.5V，启动电流典型值为 20mA，启动电路关断状态泄漏电流最大为 95μA。
• 电流检测：电流限制比较器阈值典型值为 250mV，短路保护电流限制阈值为 325mV。
• COMP 部分：PWM 至 COMP 增益典型值为 8.0，最大占空比限制典型值为 90%。
• 运算放大器：电压反馈输入典型值为 2.5V，开环电压增益典型值为 90dB。
• 软启动：软启动结束阈值典型值为 2.00V，软启动电流典型值为 15μA。
• 振荡器：通过调节 $R_{T}$ 引脚电阻，可在 100kHz 至 1MHz 范围内选择开关频率。

应用设计要点

供电设计

控制器集成了从 VIN 引脚供电的启动电流源，典型情况下可向 $V{CC}$ 引脚提供高达 20mA 的电流。当 $V{cc}$ 达到 7.5V 的调节水平时，启动电路切换为线性稳压器，继续为 $V{cc}$ 供电和调节。为确保稳压器的稳定性，建议在 $V{CC}$ 引脚与地之间连接 1 - 10μF 的电容。

保护设计

• $V_{CC}$ 引脚保护：$V_{CC}$ 引脚由过压检测电路保护，当该引脚偏置电压超过 27V（最小值 25V）且故障持续超过 7μs 时，所有脉冲立即停止，电路进入 1 秒的静默期，然后通过软启动序列恢复运行。
• 输入电压监测：UVLO 引脚通过电阻分压器监测输入电压，确保转换器在设计的输入电压范围内工作，并将该信息用于过功率保护。

功率限制设计

在宽输入电压范围设计中，为防止输出二极管在高输入电压时承受过大电流，NCP12711 采用了过功率保护方案，当 UVLO 电压从 1V 变化到 4V 时，最大峰值电流设定点会降低 15%。

软启动设计

为限制初级和次级侧的应力，NCP12711 采用了软启动电路，通过电容充电逐渐增加峰值电流和开关频率。电容的选择取决于所需的软启动持续时间。

反馈和电流检测设计

控制器的运算放大器通过电阻分压器和串联二极管控制峰值电流设定点。在轻载情况下，为避免输出电压失控，采用了跳过周期比较器，当反馈电压超出正常动态范围时，停止输出脉冲。

斜率补偿设计

为解决电流模式电源的次谐波振荡问题，NCP12711 集成了人工斜坡，通过在 CS 引脚串联电阻来调整补偿水平。

典型应用电路

NCP12711 适用于多种应用场景，如单端反激和正激转换器、4 - 45V 输入的 DC/DC 辅助电源等。以下是一些典型应用电路示例：

• 隔离式反激转换器：可实现宽输入电压范围（4.5 - 45V），输出 12V/1A 的稳定电源。
• 光隔离 DC - DC 反激模块：适用于 4.5 - 10V 输入，输出 5V/2A 的应用，采用同步整流器提高整体效率。
• 非隔离式 DC - DC 转换器：如 SEPIC 或升压转换器，可实现 250kHz 工作频率，输出 12V 的电源。
• 初级侧调节反激转换器：无需辅助绕组，可实现 100kHz 工作频率，输出 12V 的电源。

总结

NCP12711 凭借其丰富的功能、宽输入电压范围、高效的保护机制和灵活的应用设计，成为电源设计工程师的理想选择。无论是在电动汽车、工业控制还是消费电子等领域，NCP12711 都能为电源系统的设计提供可靠的解决方案。在实际应用中，工程师可根据具体需求合理选择电路参数，充分发挥 NCP12711 的性能优势。你在使用 NCP12711 过程中遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。