用NCP1200代換脈寬調制控制UC3842的應用電路

    摘要:介紹了低功率通用離線電源的脈寬調制電流模式控制器NCP1200的優點及其代換電路,同時結合代換電路,指出了實際應用中出現的問題和解決辦法.

    NCP1200是ON Semiconductor公司生產的低功率通用離線電源脈寬調制電流模式控制器,它代表向超密集型開關電源的大飛躍.該器件在對元件數據要求比較嚴格的場合,特別是在低價AC/DC變換器或輔助電源等應用方面,不失為理想的選擇.NCP1200包含了基于UC3842的電源中通常所需的所有必要元件,包括定時元件、反饋器件、低通濾波器和自供電等.

1 NCP1200的結構與設計特點

1.1 NCP1200的內部結構

NCP1200采用標準電流模式體系,關斷時間由峰值電流設置點確定.其內部結構如圖1所示,器件內部集成有跳周期比較器、40/60/100kHz時鐘、Q觸發器D≤0.8復位、欠壓鎖定高低穩壓器等.出于NCP1200內置有時鐘發生器,所以無需外接R-C元件.它的工作頻率可在40kHz、60kHz或100kHz中選擇.光耦合器直接接至反饋管腳2上,內部的集成電路控制監視信號流.250ns的前緣消隱(LEB)電路節省了一個外部R-C網絡.NCP1200采用SO-8或DIP8封裝.其管腳說明如表1所列.

表1 NCP1200的管腳說明

引腳號 引腳名稱 功   能 說    明
  
1 Adj 調整起跳峰值電流 該引腳用來調整開始跳周期工作的電平  
2 FB 設置峰值電流設置點 通過將一個光耦合器連到該引腳,可隨輸出功率的需求來調整峰值電流設置點  
3 CS 電流檢測輸入 用于檢測初級電流并通過一個L.E.B將其送入內部比較器  
4 Gnd 集成電路接地端    
5 Drv 驅動脈沖 驅動器至外部MOSFET的輸出  
6 Vcc 集成電路電源 該引腳連接一個典型值為10μF的外部電容  
7 NC 空腳    
8 HV 從交流線路上產生Vcc 該引腳連到高壓干線上,可向Vcc大容易注入一恒定電流  

1.2 設計特點

(1)低待機功耗

NCP1200具有符合美國能源之星(Energy Star)和歐洲藍天使(Blue Angel)等待機能耗規定的低成本解決方案.由于開關電源在正常負載條件下具有良好的效率,而在輸出功率減小時,其效率將開始下降.因此如果采用跳過一些不需要的開關周期的方法,NCP1200就可以大大減小在輕負載時的功率消耗.在空載情況下,NCP1200的總待機功率可達到國際能源機構(IEA)最新建議的要求.

(2)無需輔助電源繞組

NCP1200擁有專利的甚高壓集成電路(VHVIC)技術,此技術使集成電路可由高壓直流干線直接供電,即NCP1200具有動態自供電(DSS)功能.因此,在電池充電器應用中,使用NCP1200時無需設計專門的初級電路來應付輔助電源的瞬間丟失(如當Vout降低時).

    (3)工作時無音頻噪聲

NCP1200在大的峰值電流時并不跳周期,而是等待直至峰值電流降至用戶可調的最大限制值的1/3以下時才發生跳周期,這使得變壓器不發生振鳴,因而可選擇便宜的磁性器件而不會出現噪聲.

(4)短路保護

通過持續監視反饋線的狀況,NCP1200能檢測到出現短路的情況,并立即將輸出功率減少,對對整個電路保護.一旦短路消失,控制器即回復正常工作.因此,對于給定的應用(如恒定輸出功率的電源),可以很方便地斷開這個保護功能.

此外,NCP1200還具有110mA峰值拉/灌電流能力、直接光耦連接以及內部熱關斷等優點.

2 代換電路

圖2是用NCP1200代替UC3842的代換電路,該控制芯片通常應用在單端反擊電路中,電路中的NCP1200直接由高壓直流干線供電.假如對代換電路做些小調整將會有意想不到的結果.

(1)進一步降低總待機功耗

集成電路內部的功耗由其內部各電子模塊(時鐘、比較器、驅動器等)的功耗組成,但也取決于MOSFET的柵極電荷量Qg.驅動MOSFET的平均電流(不包含驅動器的效率,并忽略各種電壓降)為:

I=fsw·Qg/2

其中,fsw為最大開關頻率(Hz);

Qg為MOSFET的柵極電荷(C)

所以可以通過以下方法進一步來減小功耗;

*用具有小柵極電荷量Qg的MOSFET;

*通過一個二極管將腳8連至電源輸入端;

*如果采用輔助繞組使Vcc電平持續保持在Vccl之上,那么,內部啟動源將自動斷開而集成電路將完全由此繞組自供電.而且,來自主干線的總功率將明顯降低.但必須確保輔助電壓不超過16V,特別是在過沖瞬態情況下(例如突然去掉負載).因此,還應采用有效的過壓保護(OVP).

(2)過載檢測失效

將一個20kΩ的電阻從FB接至地端將使過載保護電路失效.這是一個非常有用的方法,特別是在需要構建一個恒輸出功率變換器時.

(3)跳周期調節

通過改變管腳1上出現的直流電壓,可以調節跳周期發生時的電流值.在缺省情況下,峰值電流會在降至最大峰電流的三分之一以下時發生跳周期.如果需要在更大的電流時進入待機狀態,可簡單地將一個電阻接在管腳6(Vcc)上以提升管腳1的電平.相反地如果認為缺省的跳周期峰值電流設定點太高,也可將一個電阻從管腳1接地而使其降低.管腳1的輸出電阻典型值為24kΩ.

(4)外接MOSFET

由于允許集成電路外接MOSFET,所以可選用防雪崩器件.某種情況下(例如低輸出功率時),不用有源箝位電路也能工作.但如果此泄漏通路持續施加超過MOSFET BVdss的漏極-源極電壓,則必須使用箝位網絡,且必須有一個無源RC網絡或一個瞬態電壓抑制器TVS.此外,通過控制MOSFET的柵極信號還可以降低器件的變換速率,從而減小電磁干擾(EMI).

圖2 代換電路

3 應注意的問題及解決辦法

如果器件是工作在250V交流干線上,則最大整流電壓可高至350V直流.假如使用的NCP1200是100kHz型號,那么,其功耗為340×1.8mA=612mW(1.8mA的數值在更高工作溫度時會下降).而DIP8封裝的NCP1200所提供的結到空氣的熱阻Roj-A為100℃/W.因此,在已知最大工作環境溫度(如70℃)和最大允許結溫(125℃)條件下,它的最大功耗為550mW,這已超過100kHz型號所設的最差功耗為550mW,這已超過100kHz型號所設的最差功耗預算.對此,可以通過以下方法來解決:一是在NCP1200的DIP8焊盤周圍增加一些銅箔面積.二是在引腳8外串聯一個二極管,以使最大輸入電壓降至222V(2×350/π),從而使功耗低于400mW.還有一個辦法就是通過一個輔助繞組來實現自供電,以永久斷開自供電.SO-8封裝的NCP1200也可以通過相同的方法來解決這一問題.

4 結束語

由于NCP1200具有待機功耗低、無需輔助繞組、工作時無音頻噪聲等優點,而且與傳統的脈寬調制控制器相比(如UC3842),NCP1200幾乎不需要外部元件,因而該芯片在開關模式電源(SMPS)領域中有著廣闊的應用前景. 另外不同功率應用有不同的規格型號對應,一般應用的輸出功率為3~200W .下面為我客戶的典型應用例子:
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