深入解析NCP1050 - NCP1055系列高压开关稳压器

在电源设计领域，找到一款能够满足低待机功耗要求、同时具备高性能和可靠性的稳压器至关重要。ON Semiconductor的NCP1050 - NCP1055系列高压开关稳压器就是这样一款值得关注的产品。今天，我们就来深入了解一下这个系列的产品。

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产品概述

NCP1050 - NCP1055是一系列单片高压稳压器，旨在使终端产品设备符合低待机功耗要求。该系列产品将所需的转换器功能集成在一起，为办公自动化、消费和工业产品提供了简单而经济的电源系统解决方案。这些器件设计为直接从整流后的交流线路源运行，在反激式转换器应用中，它们能够在固定交流输入（100 V、115 V或230 V）下提供6.0 W至40 W的输出功率，在可变交流输入（85 V至265 V）下提供3.0 W至20 W的输出功率。

产品特性亮点

独特的启动电路

启动电路消除了对转换器变压器辅助偏置绕组的需求，这大大简化了电路设计，降低了成本。同时，还提供了可选的辅助偏置绕组覆盖功能，适用于最低待机功耗应用。

全面的保护功能

• 过载和开环保护：能够检测转换器输出的过载和开环情况，确保系统的稳定性。
• 自动重启故障保护：当检测到故障时，设备会自动重启，恢复正常运行。
• IC热故障保护：防止设备因过热而损坏，提高了设备的可靠性。

快速响应的振荡器

采用独特的双边缘门控振荡器配置，实现了极快的环路响应，并具备双脉冲抑制功能。同时，振荡器频率抖动和受控的压摆率驱动器有助于降低电磁干扰（EMI）。

低功耗设计

低功耗特性使得该系列产品符合欧洲蓝天使标准，满足环保要求。

宽输入电压范围

能够在85 V至265 V的整流交流线路源下正常工作，适应不同的电源环境。

多种频率选项

振荡器频率可选44 kHz、100 kHz或136 kHz，满足不同应用的需求。

环保设计

这些器件是无铅和无卤化物的，符合环保标准。

引脚功能详解

VCC引脚

这是正电源电压输入引脚。在启动期间，电源从引脚5提供给该输入。当VCC达到VCC(on)时，启动电路关闭，输出开始以1.0 V的滞后电压在VCC引脚上进行开关操作。连接到该引脚的电容用于编程故障定时和频率调制率。

控制输入引脚

当从该引脚流出或施加的电流大于约50 A时，功率开关电路将关闭。芯片上内置了10 V的钳位，以保护设备免受ESD损坏或过压条件的影响。

接地引脚

该引脚是控制电路和功率开关电路的接地引脚，是集成电路引线框架的一部分。

功率开关漏极引脚

该引脚设计用于直接驱动转换器变压器的初级绕组，并在内部连接到功率开关和启动电路。

工作原理剖析

振荡器

振荡器是一个独特的固定频率、占空比控制的振荡器。它对片上定时电容进行充电和放电，以生成精确的方波信号，用于对功率开关电路进行脉冲宽度调制。在定时电容放电期间，振荡器占空比输出将驱动器的一个输入保持为低电平，从而限制最大占空比。为了降低EMI，IC中还集成了频率调制功能。

控制输入

控制输入引脚电路具有并行源极跟随器输入级，电压钳位设置为1.35 V和4.6 V。电流源将通过跟随器的输入电流钳位在约47.5 A，并具有10 A的滞后。当施加到该输入的源极或漏极电流超过此值时，内部生成的逻辑信号会改变状态，以阻止功率开关导通。

导通锁存器

振荡器输出通常是一个77%正占空比方波波形。该波形被反相并应用于导通锁存器的复位输入，以防止在保证的关断时间内进行任何功率开关导通。这个方波还由控制部分的输出进行门控，并应用于同一锁存器的置位输入。因此，当控制输入未被断言且振荡器输出为高电平时，功率开关可以被激活。

关断锁存器

关断锁存器功能用于保护功率开关电路免受过电流影响，并减少因突然去除负载而导致输出过冲的可能性。如果功率开关电流达到指定的最大电流限制，电流限制比较器将复位关断锁存器并关闭功率开关电路。

电流限制比较器和功率开关电路

功率开关电路采用SENSEFET™来监测漏极电流。一部分电流流入感测元件Rsense。电流限制比较器检测Rsense两端的电压是否超过其反相输入处的参考电平。如果超过该电平，比较器将迅速复位关断锁存器，从而保护功率开关电路。

启动电路

整流后的交流线路电压通过初级绕组施加到引脚5的启动电路上。该电路是自偏置的，并作为一个由控制逻辑门控的恒流源。在施加交流线路电压后，该电路将电流路由到通常连接到引脚1的电源电容中。在正常操作期间，通过比较器监测电源电压并相应地控制启动电流源，该电容的电压在7.5至8.5 V之间进行滞后调节。

欠压锁定

欠压锁定（UVLO）比较器确保集成电路有足够的电压来完全正常工作。UVLO比较器监测引脚1处的电源电容输入电压，并在电容电压降至欠压锁定阈值以下时禁用功率开关电路。

故障检测器

NCP105X系列集成了故障检测电路，用于检测应用故障条件，如开环、过载或输出短路。通过用已知电流驱动电源电容并在设定的阈值之间进行滞后调节来生成定时器。

热关断

内部热关断模块在结温超过最大值时保护设备。当激活时（通常在160°C），驱动器的一个输入被保持为低电平，以禁用功率开关电路。当结温降至85°C以下时，功率开关可以恢复操作。

应用案例分析

文档中提供了两个应用示例：通用输入6瓦转换器应用和5.5瓦充电器应用。这两个应用在宽范围的线路输入电压和负载电流值下都能产生良好调节的输出电压。充电器应用在负载电流超过预设范围时会过渡到恒流输出，这对于便携式产品（如手机、个人数字助理和寻呼机）的电池充电应用非常有效。

组件选择指南

• 缓冲组件：选择缓冲组件R1、C3和D5，使引脚5上的电压限制在0至700伏的范围内。这些组件可以保护IC免受电压瞬变的影响，但会略微降低效率。
• 电容C5：电容C5具有多种用途，它与内部启动电路一起为IC提供电源，同时还为振荡器频率扫描提供定时，以限制传导EMI发射。其值还将决定输出故障（过载或短路）或开环条件下的响应。
• 电阻R5和R6：电阻R5和R6与IC3选择的参考电压一起确定调节后的输出电压。
• 充电器应用组件：Q1的基极 - 发射极电压降和R7的值将设置充电器应用的固定电流限制值。R9用于限制Q1的基极电流。R8可以选择保持固定电流限制或提供电流限制折返。C13在充电器应用处于电流限制时提供输出电压稳定性。

订购信息

NCP1050 - NCP1055系列提供了多种型号和封装选项，包括8引脚PDIP和4引脚SOT - 223封装。每个型号都有不同的电流限制和振荡器频率选项，以满足不同的应用需求。

总之，NCP1050 - NCP1055系列高压开关稳压器以其丰富的特性、全面的保护功能和广泛的应用范围，为电源设计工程师提供了一个优秀的选择。在实际设计中，我们需要根据具体的应用需求，合理选择组件，以实现最佳的性能和可靠性。你在使用类似产品时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。