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用NCP1200代換脈寬調(diào)制控制UC3842的應(yīng)用電路
摘要：介紹了低功率通用離線電源的脈寬調(diào)制電流模式控制器NCP1200的優(yōu)點(diǎn)及其代換電路，同時(shí)結(jié)合代換電路，指出了實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的問(wèn)題和解決辦法。關(guān)鍵詞：脈寬調(diào)制控制器 電流模式控制 NCP1200
NCP1200是ON Semiconductor公司生產(chǎn)的低功率通用離線電源脈寬調(diào)制電流模式控制器，它代表向超密集型開(kāi)關(guān)電源的大飛躍。該器件在對(duì)元件數(shù)據(jù)要求比較嚴(yán)格的場(chǎng)合，特別是在低價(jià)AC/DC變換器或輔助電源等應(yīng)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(shí)元件、反饋器件、低通濾波器和自供電等。
1 NCP1200的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)特點(diǎn)
1.1 NCP1200的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
NCP1200采用標(biāo)準(zhǔn)電流模式體系，關(guān)斷時(shí)間由峰值電流設(shè)置點(diǎn)確定。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，器件內(nèi)部集成有跳周期比較器、40/60/100kHz時(shí)鐘、Q觸發(fā)器D≤0.8復(fù)位、欠壓鎖定高低穩(wěn)壓器等。出于NCP1200內(nèi)置有時(shí)鐘發(fā)生器，所以無(wú)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(nèi)部的集成電路控制監(jiān)視信號(hào)流。250ns的前緣消隱（LEB）電路節(jié)省了一個(gè)外部R-C網(wǎng)絡(luò)。NCP1200采用SO-8或DIP8封裝。其管腳說(shuō)明如表1所列。
表1 NCP1200的管腳說(shuō)明
說(shuō) 明
1 Adj 調(diào)整起跳峰值電流 該引腳用來(lái)調(diào)整開(kāi)始跳周期工作的電平 2 FB 設(shè)置峰值電流設(shè)置點(diǎn) 通過(guò)將一個(gè)光耦合器連到該引腳，可隨輸出功率的需求來(lái)調(diào)整峰值電流設(shè)置點(diǎn) 3 CS 電流檢測(cè)輸入 用于檢測(cè)初級(jí)電流并通過(guò)一個(gè)L.E.B將其送入內(nèi)部比較器 4 Gnd 集成電路接地端 5 Drv 驅(qū)動(dòng)脈沖 驅(qū)動(dòng)器至外部MOSFET的輸出 6 Vcc 集成電路電源 該引腳連接一個(gè)典型值為10μF的外部電容 7 NC 空腳 8 HV 從交流線路上產(chǎn)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(shè)計(jì)特點(diǎn)
（1）低待機(jī)功耗
NCP1200具有符合美國(guó)能源之星（Energy Star）和歐洲藍(lán)天使（Blue Angel）等待機(jī)能耗規(guī)定的低成本解決方案。由于開(kāi)關(guān)電源在正常負(fù)載條件下具有良好的效率，而在輸出功率減小時(shí)，其效率將開(kāi)始下降。因此如果采用跳過(guò)一些不需要的開(kāi)關(guān)周期的方法，NCP1200就可以大大減小在輕負(fù)載時(shí)的功率消耗。在空載情況下，NCP1200的總待機(jī)功率可達(dá)到國(guó)際能源機(jī)構(gòu)（IEA）最新建議的要求。
（2）無(wú)需輔助電源繞組
NCP1200擁有專利的甚高壓集成電路（VHVIC）技術(shù)，此技術(shù)使集成電路可由高壓直流干線直接供電，即NCP1200具有動(dòng)態(tài)自供電（DSS）功能。因此，在電池充電器應(yīng)用中，使用NCP1200時(shí)無(wú)需設(shè)計(jì)專門(mén)的初級(jí)電路來(lái)應(yīng)付輔助電源的瞬間丟失（如當(dāng)Vout降低時(shí)）。
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（3）工作時(shí)無(wú)音頻噪聲
NCP1200在大的峰值電流時(shí)并不跳周期，而是等待直至峰值電流降至用戶可調(diào)的最大限制值的1/3以下時(shí)才發(fā)生跳周期，這使得變壓器不發(fā)生振鳴，因而可選擇便宜的磁性器件而不會(huì)出現(xiàn)噪聲。
（4）短路保護(hù)
通過(guò)持續(xù)監(jiān)視反饋線的狀況，NCP1200能檢測(cè)到出現(xiàn)短路的情況，并立即將輸出功率減少，對(duì)對(duì)整個(gè)電路保護(hù)。一旦短路消失，控制器即回復(fù)正常工作。因此，對(duì)于給定的應(yīng)用（如恒定輸出功率的電源），可以很方便地?cái)嚅_(kāi)這個(gè)保護(hù)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(nèi)部熱關(guān)斷等優(yōu)點(diǎn)。
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(yīng)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(duì)代換電路做些小調(diào)整將會(huì)有意想不到的結(jié)果。
（1）進(jìn)一步降低總待機(jī)功耗
集成電路內(nèi)部的功耗由其內(nèi)部各電子模塊（時(shí)鐘、比較器、驅(qū)動(dòng)器等）的功耗組成，但也取決于MOSFET的柵極電荷量Qg。驅(qū)動(dòng)MOSFET的平均電流（不包含驅(qū)動(dòng)器的效率，并忽略各種電壓降）為：
I=fsw·Qg/2
其中，fsw為最大開(kāi)關(guān)頻率(Hz)；
Qg為MOSFET的柵極電荷（C）
所以可以通過(guò)以下方法進(jìn)一步來(lái)減小功耗；
*用具有小柵極電荷量Qg的MOSFET；
*通過(guò)一個(gè)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(xù)保持在Vccl之上，那么，內(nèi)部啟動(dòng)源將自動(dòng)斷開(kāi)而集成電路將完全由此繞組自供電。而且，來(lái)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(guò)16V，特別是在過(guò)沖瞬態(tài)情況下（例如突然去掉負(fù)載）。因此，還應(yīng)采用有效的過(guò)壓保護(hù)（OVP）。
（2）過(guò)載檢測(cè)失效
將一個(gè)20kΩ的電阻從FB接至地端將使過(guò)載保護(hù)電路失效。這是一個(gè)非常有用的方法，特別是在需要構(gòu)建一個(gè)恒輸出功率變換器時(shí)。
（3）跳周期調(diào)節(jié)
通過(guò)改變管腳1上出現(xiàn)的直流電壓，可以調(diào)節(jié)跳周期發(fā)生時(shí)的電流值。在缺省情況下，峰值電流會(huì)在降至最大峰電流的三分之一以下時(shí)發(fā)生跳周期。如果需要在更大的電流時(shí)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，可簡(jiǎn)單地將一個(gè)電阻接在管腳6（Vcc）上以提升管腳1的電平。相反地如果認(rèn)為缺省的跳周期峰值電流設(shè)定點(diǎn)太高，也可將一個(gè)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(shí)），不用有源箝位電路也能工作。但如果此泄漏通路持續(xù)施加超過(guò)MOSFET BVdss的漏極-源極電壓，則必須使用箝位網(wǎng)絡(luò)，且必須有一個(gè)無(wú)源RC網(wǎng)絡(luò)或一個(gè)瞬態(tài)電壓抑制器TVS。此外，通過(guò)控制MOSFET的柵極信號(hào)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(yīng)注意的問(wèn)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(hào)，那么，其功耗為340×1.8mA=612mW（1.8mA的數(shù)值在更高工作溫度時(shí)會(huì)下降）。而DIP8封裝的NCP1200所提供的結(jié)到空氣的熱阻Roj-A為100℃/W。因此，在已知最大工作環(huán)境溫度（如70℃）和最大允許結(jié)溫（125℃）條件下，它的最大功耗為550mW，這已超過(guò)100kHz型號(hào)所設(shè)的最差功耗為550mW，這已超過(guò)100kHz型號(hào)所設(shè)的最差功耗預(yù)算。對(duì)此，可以通過(guò)以下方法來(lái)解決：一是在NCP1200的DIP8焊盤(pán)周?chē)黾右恍┿~箔面積。二是在引腳8外串聯(lián)一個(gè)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(gè)辦法就是通過(guò)一個(gè)輔助繞組來(lái)實(shí)現(xiàn)自供電，以永久斷開(kāi)自供電。SO-8封裝的NCP1200也可以通過(guò)相同的方法來(lái)解決這一問(wèn)題。
4 結(jié)束語(yǔ)
由于NCP1200具有待機(jī)功耗低、無(wú)需輔助繞組、工作時(shí)無(wú)音頻噪聲等優(yōu)點(diǎn)，而且與傳統(tǒng)的脈寬調(diào)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(kāi)關(guān)模式電源（SMPS）領(lǐng)域中有著廣闊的應(yīng)用前景。
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