NCP1237/38/87/88特性及應用電路

NCP1237/38/87/88特性及應用電路

　　NCP1237、NCP1238、NCP1287和NCP1288是安森美半導體推出的新一代固定頻率脈寬調製(PWM)控制器，用於需要高性價比、可靠性、設計靈活性和低待機能耗的應用，如筆記本、LCD顯示器、遊戲機和印表機的交流-直流(AC-DC)適配器，以及DVD和機頂盒(STB)等消費電子應用。

　　這系列器件包含一系列關鍵特性，幫助提升適配器的能效及降低待機能耗。例如，一般控制器需要啟動電阻來從整流交流線路電壓啟動控制器，而在正常工作期間，這啟動電阻還持續消耗功率。相比較而言，NCP1237/38/87/88系列控制器內置啟動場效應管(FET)，這FET用作高壓電流源。輸入交流電壓施加在適配器上時，這個電流源為控制器的VCC電容供電。這種高壓啟動電路在正常工作條件下關閉(這時由反激輔助繞組提供偏置電壓以省電)，消耗的功率極低；同時，控制器無需啟動電阻(參見圖1)，幫助降低待機能耗，減少元件數量及節省電路板空間。

圖1：帶啟動電阻與不帶啟動電阻(內置電壓啟動電流源)對比。

　　這系列控制器還採用輕載時頻率反走技術和跳周期模式，降低輕載時的開關頻率，從而提升能效；同時，開關頻率在25 kHz時鉗位，從而消除可聽雜訊。此外，這系列器件提供多種保護特性，如雙啟動電流電平、輸入欠壓及主電源過壓保護、過載保護、雙過渡保護閾值、軟啟動和閂鎖保護等。這系列器件還提供可選的動態自供電(DSS)功能，從而無需輔助繞組； 並內置斜坡補償，不需要外部設定。以NCP1238為例，這器件的典型應用電路圖如圖2所示。

圖2：NCP1238典型應用電路圖。　

應用設計步驟及要點

　　1) 電源段設計

　　要在設計中應用NCP1237/38/87/88系列控制器，首先要設計電源段。由於功率小於75 W，這個功率等級常見採用反激轉換器。相應地，需要計算出這反激轉換器相關元件參數，選擇好恰當的元器件。例如，根據輸出電壓和輸出電流可以計算出輸出功率，再根據EPA相關標準來預估能效，結合輸出功率和能效來預估輸入功率，隨後可以計算出平均輸入電流，並計算出大電容值。有關電源段設計中電容、變壓器、電感和MOSFET等參數的詳細計算過程，參見參考資料(1)或(2)。

　　值得一提的是，在電源的次級端，可以考慮採用同步整流技術來顯著提升能效。在這方面，可以採用安森美半導體的NCP4302同步整流控制器。諸如適配器、充電器和機頂盒等空間敏感型反激應用中使用NCP4302這樣的同步整流控制器，能夠顯著提升能效，而額外成本極低。NCP4302已經上市，新的NCP4303同步整流控制器也將於2010年上市。

　　2) 設定過載補償

　　過載補償(OPP)會影響初級峰值電流。我們可以根據相關公式計算出初級峰值電流，然後計算出過載補償電阻值(ROPP)。安森美半導體已經創建過載補償電子設計表格，方便用戶恰當地選擇ROPP及其對峰值電流(Ipeak)、瞬態電流(ITRAN)、輸出功率(Pout)及瞬態功率(PTRAN)的影響。

　3) 降低空載輸入能耗

　　在降低空載(待機)輸入能耗方面，除了採用前述內置啟動高壓電流源的無啟動電阻設計和NCP1237/38/87/88這樣的帶有頻率反走及跳周期模式的控制器，還可以採取其它眾多途徑或訣竅，如降低變壓器泄漏電感、不允許動態自供電工作、減小VCC鉗位電阻值、降低開關損耗、優化鉗位電路、藉反饋電阻分壓器減小渦流、為所有負載電流設定穩定的工作、降低TL431偏置電路損耗、降低次級整流器及其緩衝器的損耗和不使用輸出電壓顯示LED等。

　　4) 磁學設計

　　磁性元件磁通密度應該以峰值電流來設計，並提供一些裕量(5%)，從而防止飽和。另外，需要結合具體設計要求看是否需要100%的輸出電流，若不是，就減小磁芯尺寸。例如，假定最大輸出電流是3.5 A，但只在瞬態條件下需要這大電流，其長期的均方根(RMS)值僅1.75 A，負載係數僅為0.5(而非1)。設計人員減小磁芯尺寸后，就可以減小磁芯及銅損耗。變壓器磁芯尺寸、繞組設計及氣隙長度等計算同樣參見參考資料(1)或(2)。

　　5) 改善電磁干擾

　　在適配器設計中，交流線路濾波、二極體緩衝器、直流輸出濾波器、驅動器鉗位、鉗位環路和電源開關環路等可能會出現電磁干擾(EMI)，故改善EMI同樣是設計工程師面臨的重要任務。相應地可以採取一些設計技巧或方法，如所有帶射頻電流的開關環路的面積均應較小，以兩個扼流圈來分隔輸入交流濾波器從而減小寄生電容耦合影響，以及關閉通過變壓器注入射頻電流的電路環路等。就二極體緩衝器而言，緩衝器電阻應當接近振鈴電路的特徵阻抗，且緩衝器的RC(電阻電容)時間常數應當相對於開關周期較小，但與電壓上升時間相比應當較長。還可從電路板布線方面著手，，進一步改善EMI。