用NCP1200代換脈寬調制控制UC3842的應用電路

關鍵詞：脈寬調制控制器 電流模式控制 NCP1200

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

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=fswQg/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3401.8mA=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（2350/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。