汽车级降压开关稳压器NCV890104：特性、应用与设计要点

在汽车电子系统中，电源管理是至关重要的一环。合适的开关稳压器能够为系统提供稳定、高效的电源，确保各个部件的正常运行。今天我们就来详细了解一下安森美（onsemi）推出的一款汽车级降压开关稳压器——NCV890104。

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一、产品概述

NCV890104是一款固定频率、单片降压开关稳压器，专为汽车电池连接应用而设计，能够在高达36V的输入电源下正常工作。它适用于对噪声要求低、外形尺寸小的系统，如汽车驾驶员信息系统。该稳压器能够将典型的4.5V至18V汽车输入电压范围转换为低至3.3V的输出电压，且开关频率恒定在敏感AM频段以上，无需昂贵的滤波器和EMI对策。

二、产品特性

2.1 电气性能特性

• 宽输入电压范围：能够承受4.5V至36V的输入电压，甚至能承受40V的负载突降，适应汽车复杂的电源环境。
• 高开关频率：2MHz的自由运行开关频率，可减少输出电压纹波，即使使用小电感值和全陶瓷输出滤波电容，也能形成高效的开关稳压器解决方案。
• 输出电压精度高：输出电压可调低至0.8V，输出电压公差为±1.75%，能满足不同系统对电压的精确要求。

2.2 保护特性

• 过流保护：具备1.4A（最小值）的逐周期峰值电流限制，增强了短路保护能力，通过频率折返进一步提高了系统的可靠性。
• 热关断保护：当内部温度超过安全水平时，热关断电路会自动抑制开关操作，重置软启动电路，并去除驱动电压，当温度恢复到安全水平时，开关操作会自动恢复。

2.3 其他特性

• 内部N沟道功率开关：集成了内部N沟道功率开关，简化了电路设计。
• 可调扩频功能：通过两个外部电阻可设置扩频的调制深度和调制频率，有效降低电磁干扰。
• 复位功能：复位引脚RSTB可指示输出是否处于稳压状态，并可通过外部电容调整复位延迟时间。

三、引脚功能描述

引脚编号	符号	描述
1	VIN	电池输入电压，需在该引脚附近放置输入滤波电容。
2	DRV	输出电压，为功率开关栅极驱动器提供稳压电压。
3	RSTB	开漏输出，当输出电压高于其稳压水平的94%时，经过DELAY引脚设置的延迟时间后，该引脚变为高阻抗；当输出电压低于其稳压水平的92%时，该引脚变为低电平。
4	GND	电池返回端和输出电压接地参考。
5	EN	TTL兼容的使能输入，可直接连接电池作为使能信号。接地时停止开关操作，将静态电流消耗降至最低。
6	RDEPTH	扩频调制深度调整，通过连接到地的电阻进行设置。
7	RMOD	扩频调制频率调整，通过连接到地的电阻进行设置。
8	COMP	误差放大器输出，用于通过外部补偿组件调整瞬态响应。
9	FB	反馈输入引脚，用于设置输出电压，并检测预充电或短路输出条件。
10	DELAY	延迟调整输入，连接外部电容可调整RSTB功能的延迟时间。
11	BST	自举输入，为N沟道功率开关提供高于VIN的驱动电压，以实现最佳的开关导通电阻和最高效率。
12	SW	稳压器的开关节点，连接输出电感和续流二极管的阴极。
暴露焊盘		连接到引脚4（电气接地），并连接到低热阻路径以实现环境温度散热。

四、电气特性

在不同的输入电压、温度等条件下，NCV890104表现出稳定的电气性能。例如，在输入电压为4.5V至28V、使能电压为5V等条件下，其静态电流、欠压锁定（UVLO）阈值、振荡器频率等参数都有明确的规定。具体参数可参考数据手册中的电气特性表格。

五、典型特性曲线

数据手册中提供了一系列典型特性曲线，如关机静态电流与结温的关系、使能静态电流与结温的关系、UVLO启动阈值与结温的关系等。这些曲线有助于工程师更好地了解NCV890104在不同工作条件下的性能表现，从而进行合理的设计。

六、工作原理与设计要点

6.1 输入电压处理

NCV890104通过欠压锁定（UVLO）电路监测输入电压，当输入电压不足时，会抑制开关操作并重置软启动电路。当输入电压超过VIN频率折返阈值时，开关频率会降低一半，以减少功率损耗；当输入电压下降到阈值以下时，频率降低自动终止。

6.2 使能与软启动

该稳压器可以接受逻辑电平信号或电池电压作为使能信号。使能后，DRV引脚建立电压，随后开关稳压器输出进行软启动。软启动过程中，开关调节器误差放大器参考电压逐渐上升到最终值，平均开关频率低于正常模式值，直到输出电压接近稳压值。

6.3 斜率补偿

为避免在占空比超过50%时，电感纹波电流分叉导致输出电压纹波增加，内部会生成固定斜率补偿信号并添加到感测电流中。但该斜率补偿信号的固定幅度要求电感值大于最小值，以避免次谐波振荡。对于3.3V和5V输出电压，推荐的电感值为(4.7mu H)。

6.4 短路频率折返

在严重输出过载或短路情况下，NCV890104会自动降低开关频率，以限制功率组件中的峰值电流。如果开关频率折返到500kHz后电流仍然过高，稳压器会进入自动恢复突发模式，进一步降低功耗。

6.5 输出电压选择

输出电压可通过电阻分压器进行调节，开关器的FB参考电压为0.8V。计算公式为：(R{UPPER }=R{LOWER } frac{V{OUT }-V{FB}}{V{FB}})。同时，可在(R{Lower })上并联一个电容来过滤噪声。

6.6 复位与可调延迟

RSTB引脚在FB引脚电压低于参考电压的92%时被拉低，当电压高于稳压水平的94%时，经过DELAY引脚电容调整的延迟时间后变为高阻抗。此外，在UVLO、热关断或禁用事件发生时，RSTB引脚也会被拉低。

6.7 扩频功能

扩频通过三角波调制2MHz内部振荡器频率，控制调制深度和频率。调制深度和频率分别通过连接到地的两个外部电阻进行设置。当RMOD引脚或RDEPTH引脚出现接地短路或开路时，扩频功能会自动关闭。

6.8 自举电路

DRV引脚的内部稳压器为外部电容（CDRV）提供接地参考电压，以便快速充电外部自举电容（CBST），为功率开关栅极驱动器供电。如果DRV引脚电压低于DRV UVLO阈值，开关操作会被抑制，软启动电路会被重置，直到DRV引脚电压恢复到阈值以上。

6.9 最小负载要求

为确保自举电容保持充电状态，开关节点需要定期接地。在轻负载条件下，NCV890104会跳过开关周期以维持输出电压稳定。但当跳过周期重复频率过低时，自举电压会崩溃，稳压器停止开关操作。因此，NCV890104需要一定的最小负载才能正常工作。

6.10 设计方法

• 输出电容：根据输出电压纹波要求计算最小输出电容值，同时要考虑电容的ESR对输出电压纹波的影响。一般来说，使用两个(10mu F)的陶瓷电容并联可获得较好的效果。
• 续流二极管：根据最大电流、电压额定值和热考虑选择二极管。计算二极管的功率损耗，并根据封装的热阻和PCB的散热情况估计温度上升。
• 输入电容：输入电容需要承受RMS输入纹波电流，并可与电感配合构建输入滤波器，以减少EMI传导发射。
• 误差放大器和环路传递函数：误差放大器是跨导型放大器，通过简单的II型补偿可优化系统的动态响应。根据系统要求设计补偿网络，确保系统具有足够的相位裕度和带宽。

七、PCB布局建议

• 最小化功率电流环路面积：包括输入电容、NCV890104开关、电感、输出电容通过接地返回的环路，以及续流二极管、电感、输出电容通过接地返回的环路。
• 最小化高阻抗信号长度：将反馈迹线和补偿迹线等远离功率环路，以减少干扰。

八、应用领域

NCV890104适用于多种汽车应用，如音频系统、信息娱乐系统、安全视觉系统和仪表系统等。

总之，NCV890104是一款性能出色、功能丰富的汽车级降压开关稳压器。在设计过程中，工程师需要充分了解其特性和工作原理，合理选择外部组件，并注意PCB布局，以确保系统的稳定性和可靠性。你在使用类似稳压器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。