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用NCP1200代换脉宽调制控制UC3842的应用电路

    摘要:介绍了低功率通用离线电源的脉宽调制电流模式控制器NCP1200的优点及其代换电路,同时结合代换电路,指出了实际应用中出现的问题和解决办法.

    NCP1200是ON Semiconductor公司生产的低功率通用离线电源脉宽调制电流模式控制器,它代表向超密集型开关电源的大飞跃.该器件在对元件数据要求比较严格的场合,特别是在低价AC/DC变换器或辅助电源等应用方面,不失为理想的选择.NCP1200包含了基于UC3842的电源中通常所需的所有必要元件,包括定时元件、反馈器件、低通滤波器和自供电等.

1 NCP1200的结构与设计特点

1.1 NCP1200的内部结构

NCP1200采用标准电流模式体系,关断时间由峰值电流设置点确定.其内部结构如图1所示,器件内部集成有跳周期比较器、40/60/100kHz时钟、Q触发器D≤0.8复位、欠压锁定高低稳压器等.出于NCP1200内置有时钟发生器,所以无需外接R-C元件.它的工作频率可在40kHz、60kHz或100kHz中选择.光耦合器直接接至反馈管脚2上,内部的集成电路控制监视信号流.250ns的前缘消隐(LEB)电路节省了一个外部R-C网络.NCP1200采用SO-8或DIP8封装.其管脚说明如表1所列.

表1 NCP1200的管脚说明

引脚号 引脚名称 功   能 说    明
  
1 Adj 调整起跳峰值电流 该引脚用来调整开始跳周期工作的电平  
2 FB 设置峰值电流设置点 通过将一个光耦合器连到该引脚,可随输出功率的需求来调整峰值电流设置点  
3 CS 电流检测输入 用于检测初级电流并通过一个L.E.B将其送入内部比较器  
4 Gnd 集成电路接地端    
5 Drv 驱动脉冲 驱动器至外部MOSFET的输出  
6 Vcc 集成电路电源 该引脚连接一个典型值为10μF的外部电容  
7 NC 空脚    
8 HV 从交流线路上产生Vcc 该引脚连到高压干线上,可向Vcc大容易注入一恒定电流  

1.2 设计特点

(1)低待机功耗

NCP1200具有符合美国能源之星(Energy Star)和欧洲蓝天使(Blue Angel)等待机能耗规定的低成本解决方案.由于开关电源在正常负载条件下具有良好的效率,而在输出功率减小时,其效率将开始下降.因此如果采用跳过一些不需要的开关周期的方法,NCP1200就可以大大减小在轻负载时的功率消耗.在空载情况下,NCP1200的总待机功率可达到国际能源机构(IEA)最新建议的要求.

(2)无需辅助电源绕组

NCP1200拥有专利的甚高压集成电路(VHVIC)技术,此技术使集成电路可由高压直流干线直接供电,即NCP1200具有动态自供电(DSS)功能.因此,在电池充电器应用中,使用NCP1200时无需设计专门的初级电路来应付辅助电源的瞬间丢失(如当Vout降低时).

    (3)工作时无音频噪声

NCP1200在大的峰值电流时并不跳周期,而是等待直至峰值电流降至用户可调的最大限制值的1/3以下时才发生跳周期,这使得变压器不发生振鸣,因而可选择便宜的磁性器件而不会出现噪声.

(4)短路保护

通过持续监视反馈线的状况,NCP1200能检测到出现短路的情况,并立即将输出功率减少,对对整个电路保护.一旦短路消失,控制器即回复正常工作.因此,对于给定的应用(如恒定输出功率的电源),可以很方便地断开这个保护功能.

此外,NCP1200还具有110mA峰值拉/灌电流能力、直接光耦连接以及内部热关断等优点.

2 代换电路

图2是用NCP1200代替UC3842的代换电路,该控制芯片通常应用在单端反击电路中,电路中的NCP1200直接由高压直流干线供电.假如对代换电路做些小调整将会有意想不到的结果.

(1)进一步降低总待机功耗

集成电路内部的功耗由其内部各电子模块(时钟、比较器、驱动器等)的功耗组成,但也取决于MOSFET的栅极电荷量Qg.驱动MOSFET的平均电流(不包含驱动器的效率,并忽略各种电压降)为:

I=fsw·Qg/2

其中,fsw为最大开关频率(Hz);

Qg为MOSFET的栅极电荷(C)

所以可以通过以下方法进一步来减小功耗;

*用具有小栅极电荷量Qg的MOSFET;

*通过一个二极管将脚8连至电源输入端;

*如果采用辅助绕组使Vcc电平持续保持在Vccl之上,那么,内部启动源将自动断开而集成电路将完全由此绕组自供电.而且,来自主干线的总功率将明显降低.但必须确保辅助电压不超过16V,特别是在过冲瞬态情况下(例如突然去掉负载).因此,还应采用有效的过压保护(OVP).

(2)过载检测失效

将一个20kΩ的电阻从FB接至地端将使过载保护电路失效.这是一个非常有用的方法,特别是在需要构建一个恒输出功率变换器时.

(3)跳周期调节

通过改变管脚1上出现的直流电压,可以调节跳周期发生时的电流值.在缺省情况下,峰值电流会在降至最大峰电流的三分之一以下时发生跳周期.如果需要在更大的电流时进入待机状态,可简单地将一个电阻接在管脚6(Vcc)上以提升管脚1的电平.相反地如果认为缺省的跳周期峰值电流设定点太高,也可将一个电阻从管脚1接地而使其降低.管脚1的输出电阻典型值为24kΩ.

(4)外接MOSFET

由于允许集成电路外接MOSFET,所以可选用防雪崩器件.某种情况下(例如低输出功率时),不用有源箝位电路也能工作.但如果此泄漏通路持续施加超过MOSFET BVdss的漏极-源极电压,则必须使用箝位网络,且必须有一个无源RC网络或一个瞬态电压抑制器TVS.此外,通过控制MOSFET的栅极信号还可以降低器件的变换速率,从而减小电磁干扰(EMI).

图2 代换电路

3 应注意的问题及解决办法

如果器件是工作在250V交流干线上,则最大整流电压可高至350V直流.假如使用的NCP1200是100kHz型号,那么,其功耗为340×1.8mA=612mW(1.8mA的数值在更高工作温度时会下降).而DIP8封装的NCP1200所提供的结到空气的热阻Roj-A为100℃/W.因此,在已知最大工作环境温度(如70℃)和最大允许结温(125℃)条件下,它的最大功耗为550mW,这已超过100kHz型号所设的最差功耗为550mW,这已超过100kHz型号所设的最差功耗预算.对此,可以通过以下方法来解决:一是在NCP1200的DIP8焊盘周围增加一些铜箔面积.二是在引脚8外串联一个二极管,以使最大输入电压降至222V(2×350/π),从而使功耗低于400mW.还有一个办法就是通过一个辅助绕组来实现自供电,以永久断开自供电.SO-8封装的NCP1200也可以通过相同的方法来解决这一问题.

4 结束语

由于NCP1200具有待机功耗低、无需辅助绕组、工作时无音频噪声等优点,而且与传统的脉宽调制控制器相比(如UC3842),NCP1200几乎不需要外部元件,因而该芯片在开关模式电源(SMPS)领域中有着广阔的应用前景. 另外不同功率应用有不同的规格型号对应,一般应用的输出功率为3~200W .下面为我客户的典型应用例子:
1096315445.doc