高性能谐振模式控制器MC34067/MC33067/NCV33067深度解析

在电源设计领域，提升电源转换效率和减小无源元件尺寸一直是工程师们追求的目标。高性能谐振模式电源转换器凭借其在降低开关损耗、提高效率、减少电磁干扰（EMI）以及缩小体积等方面的显著优势，成为了传统脉宽调制控制的有力替代方案。ON Semiconductor推出的MC34067、MC33067和NCV33067系列高性能谐振模式控制器，正是为满足这一需求而设计的。

文件下载：MC34067-D.PDF

产品概述

MC34067/MC33067是专为离线和直流 - 直流转换器应用设计的高性能零电压开关谐振模式控制器，采用频率调制的恒定关断时间或恒定死区时间控制。这些集成电路具备可变频率振荡器、精确可重触发单稳态定时器、温度补偿基准、高增益宽带宽误差放大器、转向触发器和双高电流图腾柱输出，非常适合驱动功率MOSFET。同时，还集成了高速故障比较器和锁存器、可编程软启动电路、可选择阈值的输入欠压锁定以及基准欠压锁定等保护功能。

产品具有以下特点：

1. 零电压开关谐振模式运行：可变频率振荡器控制范围超过1000:1。
2. 精确的单稳态定时器：用于控制关断时间。
3. 内部微调带隙基准：提供稳定的参考电压。
4. 4.0 MHz误差放大器：实现高精度的反馈控制。
5. 双高电流图腾柱输出：能够有效地驱动功率MOSFET。
6. 可选择的欠压锁定阈值：带有滞后功能，增强系统的稳定性。
7. 使能输入：方便系统控制。
8. 可编程软启动电路：减少启动时的冲击电流。
9. 低启动电流：适用于离线操作。
10. NCV前缀：适用于汽车和其他有特殊场地和控制变更要求的应用，符合AEC - Q100标准并具备PPAP能力。
11. 环保特性：无铅、无卤素/无溴化阻燃剂，符合RoHS标准。

产品参数

最大额定值

额定参数	符号	值	单位
电源电压		20	V
驱动输出电流（连续/脉冲）	(I_{O})	0.3 / 1.5	A
误差放大器、故障、单稳态、振荡器和软启动输入电压	(V_{in})	1.0 至 + 6.0	V
UVLO调整输入电压	(V_{in(UVLO)})	-1.0 至 (V_{CC})	V
功率耗散和热特性
DW后缀塑料封装热阻（结到空气）	(P_{D})	862 / 145	mW / °C/W
热阻（结到空气）	(R_{BA})	100	°C/W
工作结温	(T_{J})	+ 150	°C
工作环境温度（MC34067/MC33067/NCV33067）	(T_{A})	0 至 + 70 / -40 至 + 85	°C
存储温度	(T_{stg})	-55 至 + 150	°C
ESD能力（HBM模型）		2.0	kV
ESD能力（CDM模型）		1.0	kV

电气特性

在特定测试条件下（(V{CC}=12 V)，(R{OSC}=18.2 k)，(R{VFO}=2940 Omega)，(C{OSC}=300 pF)，(R{T}=2370 Omega)，(C{T}=300 pF)，(C_{L}=1.0 nF)），产品的电气特性如下：

1. 参考部分：参考输出电压为5.1 V（典型值），线路调整率和负载调整率均小于20 mV，总输出变化范围为4.9 - 5.3 V。
2. 误差放大器：输入失调电压小于10 mV，增益带宽积为3.0 MHz（典型值），输入共模抑制比大于95 dB。
3. 振荡器：总频率变化范围为490 - 2200 kHz。
4. 单稳态定时器：驱动输出关断时间为235 - 280 ns（典型值）。
5. 故障比较器：输入阈值为1.0 V，传播延迟小于100 ns。
6. 欠压锁定：使能/UVLO调整引脚开路时，控制器在16 V开启，9.0 V关闭；连接到(V_{CC})时，上下阈值分别为9.0 V和8.6 V。

工作原理

主要控制路径

输出脉冲宽度和重复率通过可变频率振荡器、单稳态定时器和误差放大器的相互作用进行调节。振荡器触发单稳态定时器，产生的脉冲通过触发触发器交替导向一对图腾柱输出驱动器。误差放大器监测调节器的输出，并调制振荡器的频率。

• 振荡器：可变频率振荡器的特性对于在高工作频率下实现精确的控制器性能至关重要。它不仅触发单稳态定时器并启动输出死区时间，还确定单稳态电容器的初始电压。振荡器的频率可以通过改变振荡器控制电流引脚（(I_{OSC})）的电流进行调制，误差放大器可以在1000:1的频率范围内控制振荡器频率。
• 单稳态定时器：单稳态定时器用于在输出启用之前提供死区时间，确保两个输出同时禁用。通过选择合适的(C{T})和(R{T})，可以精确控制单稳态周期。
• 误差放大器：提供高性能的误差放大器用于电源系统的反馈控制，具有高增益、低失调电压和宽输入共模范围等特点。
• 输出部分：由振荡器和单稳态定时器产生的脉冲通过转向触发器导向双图腾柱输出驱动器，交替驱动输出A和输出B。

外围支持功能

• 欠压锁定和电压基准：通过单独的欠压锁定比较器监测输入(V_{CC})电压和调节后的参考电压，确保系统在电压正常时启动和运行。
• 故障检测：故障比较器在输入超过1.0 V阈值时，设置故障锁存器并生成逻辑信号，同时禁用主要控制路径，减少驱动关断传播延迟。
• 软启动电路：软启动电路迫使可变频率振荡器从最大频率开始逐渐下降，直到由反馈控制回路调节。

应用信息

MC34067特别适用于零电压开关（ZVS）准谐振转换器（QRC）应用，如双端推挽或桥式转换器。在构建ZVS电路时，目标是对功率晶体管的电压波形进行整形，使晶体管导通时电压为零，从而实现最小的开关损耗。通过保持固定的死区时间和改变频率，可以改变有效占空比，实现对输出的调节。

应用电路中，谐振频率可以通过公式(f{r}=frac{1}{2 pi sqrt{L{L} 2 C{R}}})计算，其中(L{L})为变压器的初级漏电感，(C{R})为功率MOSFET的平均输出电容。选择合适的MOSFET可以确定(C{R})，通过调整(L_{L})来实现所需的谐振频率。

总结

MC34067/MC33067/NCV33067系列高性能谐振模式控制器为电源设计工程师提供了一种高效、可靠的解决方案。其丰富的功能和出色的性能使其在离线和直流 - 直流转换器应用中具有广泛的应用前景。在实际设计中，工程师需要根据具体的应用需求，合理选择外部元件，以实现最佳的性能和稳定性。你在使用这些控制器时遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验。