高效开关电源拓扑的利器：NCP4307同步整流驱动器

在开关电源（SMPS）的设计领域，同步整流技术的应用对于提高电源效率至关重要。而onsemi推出的NCP4307，作为一款高性能的同步整流MOSFET驱动器，为SMPS设计带来了诸多优势。今天，我们就来深入探讨一下NCP4307的特性、应用及工作原理。

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一、NCP4307概述

NCP4307专为开关电源中的同步整流MOSFET控制而设计，可独立工作，也可作为初级侧控制器的辅助IC，适用于连续导通模式（CCM）、不连续导通模式（DCM）和准谐振（QR）反激式应用。其工作电压范围为4.0 / 3.5 V至35 V（典型值），宽 $V{CCL}$ 范围允许直接连接到大多数适配器的SMPS输出电压，如笔记本电脑、手机充电器和液晶电视适配器。如果系统提供两种不同的电压电平，VCCH引脚可用于更高的电压，NCP4307会从 $V{CCL}$ 和VCCH中选择更优的电压以最小化功耗。此外，其自供电功能使其能够在没有合适电源电压的系统中使用，特别是在高端配置中。

二、关键特性

2.1 精确的零电流检测

与其他提供 -10 mV至 -5 mV关断阈值的SR控制器相比，NCP4307提供0 mV的关断阈值。当使用低RDS_ON（1 mΩ）的SR MOSFET时，NCP4307能在电流为0 A时关断FET，显著降低关断电流阈值，提高效率。

2.2 超快的关断速度

电流检测引脚采用超快关断比较器，无需额外组件或外部触发即可在CCM应用中实现NCP4307的应用。此外，超快触发输入可进一步提高CCM模式下同步整流系统的效率，触发输入到驱动器关断事件的时间延迟为tTRIG_PD。

2.3 内部最小导通和关断时间

为克服导通和关断事件后的误触发问题，NCP4307提供内部固定的最小导通时间和关断时间消隐期，消隐时间可在生产过程中内部设置。

2.4 高效的驱动能力

具备7 A / 2 A的峰值电流灌/拉驱动能力，能够快速驱动同步整流MOSFET，提高开关速度和效率。

2.5 轻载检测功能

通过检测CS引脚的电压，NCP4307能够在轻载或无负载条件下降低功耗。当 $V{CS}$ 高于 $V{CSLLD}$ 超过tLLD时，激活轻载模式，电流消耗降低至 $I{CCLLL}$ 。当CS电压低于 $V{CS_LLD}$ 时，轻载模式结束，IC需要tLLD_REC时间从轻载模式恢复。

三、引脚功能

NCP4307采用TSOP6封装，各引脚功能如下：

• DRV：同步整流MOSFET的驱动器输出。
• GND：同步整流MOSFET驱动器和 $V_{CCL}$ 去耦电容的接地连接，应使用开尔文连接直接连接到SR MOSFET源极。
• CS：电流检测引脚，检测电流是否流过SR MOSFET及其体二极管，基本关断检测阈值为0 mV，内部电流源从此引脚获取电源以实现SR自供电。
• TRIG/DIS：超快关断输入，可用于在CCM应用中关断SR MOSFET以提高效率。如果拉高超过100 μs，则激活禁用模式。在特殊情况下，也可用作 +dV/dt检测器引脚或驱动器阻塞。
• VCCH：连接到高于 $V{CCL}$ 引脚电压的VCCH范围内的电压，若不使用则连接到 $V{CCL}$ 引脚。
• VCCL：主电源电压引脚，去耦电容应连接到此引脚和GND引脚。若需要自供电，可通过二极管连接到具有 $V_{CCL}$ 范围电压的电源或连接电容。

四、工作原理

4.1 供电部分

NCP4307的供电部分可通过外部电源、辅助绕组或SR晶体管漏极电压提供。在高端配置中，由于无法使用SMPS输出电压为SR供电，可使用辅助绕组或SR晶体管漏极电压作为供电源。CS电流源在 $V{CCL}$ 较低时会减小电流，以避免在 $V{CCL}$ 引脚短路时损坏CS电流块。

4.2 电流检测输入

当SMPS次级绕组电压反转时，SR晶体管的体二极管开始导通电流，CS引脚电压低于 $V_{CS_ON}$ 阈值时，SR晶体管导通。由于寄生阻抗的存在，应用中可能会出现显著的振铃现象，NCP4307通过设置最小导通时间和关断时间来避免因振铃导致的误关断。

4.3 最小导通时间和关断时间生成

• 最小导通时间：目的是在导通阶段开始时屏蔽噪声电流，以最小化SR晶体管过早关断的风险。在最小导通时间内，关断比较器部分消隐，若关断比较器检测到高于 $V_{CS_OFF}$ 的电压持续时间超过tCS_OFF_BLK，则SR晶体管关断。
• 最小关断时间：主要目的是在DCM振铃期间屏蔽导通比较器，以避免驱动器误触发。当CS引脚电压高于 $V_{CSRESET}$ 时，启动最小关断时间定时器，若在定时器执行期间 $V{CS}$ 下降到 $V_{CS_RESET}$ 以下，则定时器复位。

4.4 负dV/dt检测

在某些应用中，初级侧开关的导通时间较短，导致最小关断时间未结束时，SR控制器无法及时导通SR MOSFET，从而使整个次级侧电流流经体二极管，造成功率损耗。NCP4307的负dV/dt检测功能可在检测到CS引脚的高负dV/dt事件时，缩短最小关断时间间隔，使SR控制器能够及时导通SR晶体管。

4.5 正dV/dt检测

在有源钳位反激式SMPS中，当负载从轻载变为重载时，SR控制器可能会面临困难的工作条件。NCP4307的正dV/dt检测功能可通过检测TRIG/DIS引脚的电压变化，识别LEM过程，从而避免交叉导通和提高效率。

4.6 触发/禁用输入

NCP4307的超快触发输入可用于在深度连续导通模式（CCM）应用中进一步提高效率和激活禁用模式。触发引脚输入主要为正逻辑（高电平有效），但特定版本可能为负逻辑（低电平有效）。触发信号在tTRIG_PD内正常响应，但在tTRIG_BLANK间隔内不响应，以防止SR晶体管导通期间的误触发。

五、典型应用

NCP4307适用于多种开关电源拓扑，如笔记本适配器、高功率密度AC/DC电源（手机充电器）、液晶电视等。其高性能和多功能特性使其能够满足不同应用的需求，提高开关电源的效率和可靠性。

六、总结

NCP4307作为一款高性能的同步整流驱动器，具有精确的零电流检测、超快的关断速度、高效的驱动能力和轻载检测功能等诸多优势。通过合理设计和应用，能够显著提高开关电源的效率和可靠性，是电子工程师在开关电源设计中的理想选择。在实际应用中，电子工程师需要根据具体的应用需求和系统参数，合理选择NCP4307的型号和配置，以充分发挥其性能优势。同时，还需要注意PCB布局和布线，以减少寄生参数对电路性能的影响。大家在使用NCP4307的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。