Onsemi NCP1067X：高效离线开关电源解决方案

在电子设计领域，开关电源（SMPS）的设计一直是工程师们关注的重点。今天，我们来深入探讨 Onsemi 的 NCP1067X 系列产品，它为低功耗离线 SMPS 提供了一个高度集成且性能卓越的解决方案。

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产品概述

NCP1067X 系列产品包括 NCP10670B、NCP10671B 和 NCP10672B，它们将固定频率电流模式控制器与 700V MOSFET 集成在一起，采用 SOIC - 7 封装，具有高度集成的特点。这些产品具备软启动、频率抖动、短路保护、跳周期、斜坡补偿和动态自供电（DSS）等功能，无需辅助绕组，能有效降低待机功耗。

关键特性

1. 内置 700V MOSFET：不同型号的 (R_{DS (on) }) 有所不同，NCP10670/1 为 34Ω，NCP10672 为 12Ω，能满足不同功率需求。
2. 大爬电距离：高压引脚之间具有较大的爬电距离，提高了安全性。
3. 固定频率电流模式操作：提供 60kHz 或 100kHz 固定频率，采用固定斜坡补偿，确保稳定的性能。
4. 直接反馈连接：适用于非隔离转换器，在低峰值电流时可实现跳周期操作。
5. 动态自供电（DSS）：无需辅助绕组，简化了电路设计。
6. 多种保护功能：包括自动恢复输出短路保护、自动恢复过压保护等，提高了系统的可靠性。
7. 频率抖动：有效改善 EMI 特性，减少电磁干扰。
8. 低空载输入功耗：空载输入功耗小于 25mW，符合节能要求。
9. 环保设计：无铅且符合 RoHS 标准。

应用领域

NCP1067X 可广泛应用于辅助/备用隔离和非隔离电源、功率计 SMPS 以及宽输入电压低功率工业 SMPS 等领域。

产品参数与性能

最大输出功率

不同型号的 NCP1067X 在不同输入电压和负载条件下具有不同的最大输出功率。例如，NCP10670 在 230Vac ± 15% 输入时，适配器输出功率可达 1.1W，开放框架输出功率可达 2.7W；在 85 - 265Vac 输入时，适配器输出功率为 0.6W，开放框架输出功率为 1.5W。

电气特性

在 (T{J}=25^{circ} C) ，(V{C C}=14 ~V) 的条件下，NCP1067X 具有一系列电气特性。例如，(V{CC (on) }) 为 8.4 - 9.5V 时开关器开始工作，(V{CC (min) }) 为 7.0 - 7.8V 时高压电流源重启，(V_{CC (off) }) 为 6.7 - 7.2V 时开关器停止工作。不同型号在不同频率下的内部 IC 消耗电流也有所不同。

典型特性

通过一系列典型特性曲线，我们可以了解 NCP1067X 在不同温度下的性能表现，如 (V{CC(on) }) 、(V{CC(min )}) 、(V_{CC (off) }) 、(IDSS(off)) 等参数随温度的变化情况。

工作原理与应用

启动序列

当电源从市电插座首次供电时，内部电流源（典型值为 8.0mA）对 (V{CC}) 电容充电。当 (V{CC}) 电容电压达到 (V{CC(on)}) （典型值为 9.0V）时，电流源关闭，输出级开始输出脉冲，电路启动。若 (V{CC}) 电压低于 (V{CC(min )}) （典型值为 7.5V），内部电流源再次启动，为 (V{CC}) 电容充电。

故障保护

1. 短路保护：通过监测 COMP 线活动，IC 能够检测到短路情况，立即降低输出功率。当 COMP 电流低于阈值 (I{COMPfault }) 时，启动 (t{SCP}) 定时器。若定时器结束时故障仍存在，设备进入安全的自动恢复突发模式，受固定定时器 (t_{recovery}) 影响。
2. 过压保护：当使用辅助绕组为 (V{CC}) 引脚供电时，内部比较器监测 (V{CC}) 引脚电压。若电压超过 (V{OVP}) （典型值为 18V），控制器立即停止开关操作，等待 (t{recovery}) 时间后尝试重新启动。
3. 软启动：4ms 的软启动确保了平滑的启动序列，减少输出过冲。
4. 跳周期：当输出功率需求减小时，NCP1067X 通过跳过不必要的开关周期，大幅降低轻载条件下的功耗。

设计步骤

以一个具体的设计为例，假设输入电压 (V{in}) 范围为 90Vac - 265Vac，输出电压 (V{out}=12V) ，输出功率 (P_{out}=5W) ，工作模式为 CCM，效率 (eta=0.8) 。

1. 确定匝数比：根据公式 (Nleft(V{out }+V{f}right)
2. 计算初级电感：根据公式 (L=frac{left(V{in } dright)^{2}}{f{sw } K P_{in }}) 计算初级电感 (L) ，其中 (K) 定义了 CCM 中的纹波量。
3. 评估损耗：包括传导损耗、开关损耗和 DSS 模式损耗等。
4. MOSFET 保护：为了保护 MOSFET，可采用简单电容、RCD 网络或齐纳二极管/TVS 等保护措施。

总结

Onsemi 的 NCP1067X 系列产品为低功耗离线 SMPS 设计提供了一个强大而可靠的解决方案。其高度集成的特性、丰富的保护功能和良好的性能表现，使得它在各种应用中都能发挥出色的作用。作为电子工程师，在设计开关电源时，不妨考虑 NCP1067X 系列产品，它将帮助我们实现高效、稳定的电源设计。

你在使用 NCP1067X 系列产品时遇到过哪些问题？或者你对开关电源设计有什么独特的见解？欢迎在评论区分享你的经验和想法。