基于安森美半導(dǎo)體的反激/升壓穩(wěn)壓器電信及醫(yī)療電源應(yīng)用方案

來源：測控網(wǎng)  作者：測控網(wǎng)2014年05月22日 10:07

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[導(dǎo)讀] 如今，電信及網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用中廣泛采用分布式電源架構(gòu)，使電源供應(yīng)盡可能地貼近負載，從而為系統(tǒng)中的不同負載供電，并提供更高的可靠性、靈活性及散熱性能。安森美半導(dǎo)體為這些應(yīng)用提供寬廣范圍的分布式電源方案，其中既包括隔離型方案，也包括非隔離方案。

關(guān)鍵詞：醫(yī)療電源安森美穩(wěn)壓器

　　如今，電信及網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用中廣泛采用分布式電源架構(gòu)，使電源供應(yīng)盡可能地貼近負載，從而為系統(tǒng)中的不同負載供電，并提供更高的可靠性、靈活性及散熱性能。安森美半導(dǎo)體為這些應(yīng)用提供寬廣范圍的分布式電源方案，其中既包括隔離型方案，也包括非隔離方案。

　　本文重點介紹安森美半導(dǎo)體新推出的集成200V功率晶體管和高壓啟動電路的隔離型反激/升壓穩(wěn)壓器NCP1032。NCP1032是小型化PWM開關(guān)穩(wěn)壓器，用于反激、正激或升壓類電壓轉(zhuǎn)換電路。它集成了200V功率MOSEFT管以及高壓啟動電路;外部可調(diào)開關(guān)頻率最高可到1MHz，開關(guān)頻率可外同步。其它關(guān)鍵特性包括+/-1%的參考電壓精度、逐波限流點外部可調(diào)、可調(diào)的輸入欠壓和過壓保護、故障狀態(tài)下頻率回縮、集成電流采樣前沿消隱電路和過熱保護等。NCP1032非常適合于24V/48V電信電源應(yīng)用，也可用于醫(yī)療系統(tǒng)隔離電源、以太網(wǎng)供電（PoE）、隔離型DC-DC轉(zhuǎn)換器次級端偏置電源、獨立式低功率DC-DC轉(zhuǎn)換器、低功率偏置電源、低功率升壓轉(zhuǎn)換器等應(yīng)用。

　　NCP1032主要功能

　　1）高壓啟動電路和動態(tài)自供電

　　NCP1032內(nèi)部集成200V電流源，當(dāng)VDRAIN電壓上升超過16.3V時，電流源開始輸出12.5mA的電流，對Vcc上的電容充電，Vcc電容充到10.5V時電流源關(guān)斷;當(dāng)Vcc電壓降到7.55V時內(nèi)部電流源再開通對Vcc電容再次充電。Vcc電容上的電壓可以維持芯片正常工作;高壓啟動和動態(tài)自供電電路省去了外部輔助電源電路，節(jié)省了成本和面積。

　　在大多數(shù)情況下，用戶都希望降低芯片自供電產(chǎn)生的功耗，這可以通過從變壓器的輔助繞組上取電來解決。Vcc上升到10.5V時，芯片可以正常啟動，只要輔助繞組上產(chǎn)生的電壓可以維持Vcc在7.55V以上，就可以避免內(nèi)部高壓電流源接通，從而降低功耗，這時芯片正常運行;在輸出短路或過載狀態(tài)下，Vcc有可能下降到6.95V以下，這時功率管關(guān)斷，芯片會進入復(fù)位啟動模式，高壓電流源會開通對Vcc電容充電，Vcc上升到10.2V時輸出會重新啟動。而在輸出過載時，Vcc在6.95V以上時不會進入復(fù)位啟動模式。圖1是高壓啟動電路。

　　啟動結(jié)束時，NCP1032會有1V的過沖，如果想減小軟啟動結(jié)束時的過沖電壓，就要使COMP腳電壓從4.2V到穩(wěn)態(tài)值之間的轉(zhuǎn)換時間盡可能縮短，也就是說要加快補償響應(yīng)速度。

　　在較高頻率時，輸入功率會跟隨輸入電壓線性上升，這主要是因為NCP1032的限流前沿消隱電路（LEB）及傳播延遲會使芯片至少有100ns導(dǎo)通時間，在工作頻率比較高的情況下，100ns的占空比時間有點大，會出現(xiàn)位移，輸入傳遞的功率也會比較大，造成高頻時的短路保護的功率有所增加。

　　NCP1032的限流設(shè)定包括前沿消隱電路，功率管的峰值電流用外部電阻進行設(shè)定，圖3左邊是外部電阻設(shè)定電流值曲線。

　　2）軟啟動

　　NCP1032內(nèi)部集成的軟啟動電路可降低啟動過程中功率管上的電壓應(yīng)力和變壓器上的峰值電流。當(dāng)Vcc上升到10.5V，欠壓保護釋放后，芯片進入軟啟動過程。在軟啟動過程中，COMP電壓被箝位在4.2V，功率管的峰值電流從57mA開始逐個周期增加，直到電流上升到限流設(shè)定點后或COMP腳電壓下降到3.5V時，輸出電壓進入修正階段。

　　在軟啟動過程中，如果功率管電流上升到限流點之前輸出電壓上升到穩(wěn)定值，COMP腳電壓會下降3.5V以下，則功率管電流不會上升到設(shè)定值。如果功率管電流上升到限流點后，輸出電壓還沒有上升到設(shè)定值，則功率管電流會限定在限流設(shè)定值，不會再增加。軟啟動時間和輸入電壓、負載大小和輸出電容容量相關(guān)。

　　3）過壓（OV）和欠壓（UV）保護

　　NCP1032有過壓/欠壓管腳，用于輸入電壓的過壓/欠壓保護，管腳6電壓低于1V或高于2.4V時，NCP1032功率管會關(guān)斷，芯片通過內(nèi)部高壓電流源進行動態(tài)自供電，直到過壓/欠壓釋放為止。欠壓保護和過壓保護分別有70mV和158mV的遲滯。NPC1032兩個版本中，NCP1032B只有欠壓，沒有過壓保護功能。圖5是過壓保護、欠壓保護的設(shè)定方法及工作方式。

　　4）最大占空比和頻率外同步

　　NCP1032內(nèi)部振蕩器設(shè)計可以支持最高1MHz的工作頻率，工作頻率設(shè)定與外部電容CT設(shè)定同步，芯片內(nèi)部產(chǎn)生電容充電的放電電流源，充電電流為172μA，放電電流為512μA，充放電時間比例為1：3，充電電壓峰值為3.5V，放電電壓谷值為3V。

　　在放電過程中，功率管是關(guān)斷的，因此該器件支持的最大占空比被限制在75%以下。NCP1032支持頻率的外同步，CT設(shè)定的工作頻率要比同步頻率低25%，見圖6。

　　5）輸入電壓前饋

　　輸入電壓前饋使轉(zhuǎn)換器可以快速響應(yīng)輸入電壓的變化，NCP1032通過CT腳也可以支持輸入電壓前饋功能，如圖7。前饋電阻的存在會改變最大占空比和工作頻率。如果想將最大占空比設(shè)定在固定值，RFF可以接固定電壓。

　　6）最小占空比可跳周期

　　NCP1032內(nèi)部的PWM比較器和鎖存器延時時間在200ns以內(nèi)，如果占空比小于200ns，芯片會進入跳周期模式來保證輸出電壓穩(wěn)定，但輸出電壓紋波可能會有增加。

　　NCP1032的典型應(yīng)用

　　顯示的是基于NCP1032的48V到隔離式12V/3W偏置電源電路。此電路通過輔助繞組供電，同時在輔助繞組上進行電壓采樣補償。NCP1032配置在反激式拓撲結(jié)構(gòu)中，并以不連續(xù)導(dǎo)電模式（DCM）工作，提供了一個低成本、高效率的解決方案。變壓器T1可采用CoilCraftB0226EL，增加繞組可以支持多路隔離電壓輸出;CCT將開關(guān)頻率設(shè)置為約300kHz。具體的設(shè)計過程可以參考安森美半導(dǎo)體的應(yīng)用指導(dǎo)AND8119。由R3和R4組成的電阻分壓器設(shè)置欠壓鎖定閾值約為32V。如圖9所示，在12V應(yīng)用中，在300kHz不同輸入電壓條件下，NCP1032的輸出的效率是不同的。

　　在布局建議方面，為了防止EMI問題，高頻開關(guān)的大電流銅線應(yīng)進行優(yōu)化。因此，功率電流路徑和電源地線，尤其是變壓器的走線連接（以次側(cè)和二次側(cè)）要使用短而寬的引線。圖10是優(yōu)化的PCB布局實例。

　　為了幫助用戶充分發(fā)揮NCP1032的優(yōu)勢，安森美半導(dǎo)體還提供其它設(shè)計工具支持，包括NCP1032評估板、NCP103x設(shè)計表格、應(yīng)用指導(dǎo)AND8119，以及Pspice仿真模型。在這些工具的支持下，工程師可以簡化設(shè)計過程，加快各種輔助電源的上市時間。

　　總結(jié)

　　安森美半導(dǎo)體為解決二次側(cè)控制方案需要初級側(cè)啟動IC的問題，推出了集成200V功率管和高壓啟動電路的反激/升壓調(diào)整器NCP1032，它可以實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的二次IC供電，廣泛用于PoE、-48V通信系統(tǒng)和太陽能逆變器等應(yīng)用。

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