基于安森美半导体的反激/升压稳压器电信及医疗电源应用方案

　　如今，电信及网络等应用中广泛采用分布式电源架构，使电源供应尽可能地贴近负载，从而为系统中的不同负载供电，并提供更高的可靠性、灵活性及散热性能。安森美半导体为这些应用提供宽广范围的分布式电源方案，其中既包括隔离型方案，也包括非隔离方案。

　　本文重点介绍安森美半导体新推出的集成200V功率晶体管和高压启动威廉希尔官方网站 的隔离型反激/升压稳压器NCP1032。NCP1032是小型化PWM开关稳压器，用于反激、正激或升压类电压转换威廉希尔官方网站 。它集成了200V功率MOSEFT管以及高压启动威廉希尔官方网站 ;外部可调开关频率最高可到1MHz，开关频率可外同步。其它关键特性包括+/-1%的参考电压精度、逐波限流点外部可调、可调的输入欠压和过压保护、故障状态下频率回缩、集成电流采样前沿消隐威廉希尔官方网站 和过热保护等。NCP1032非常适合于24V/48V电信电源应用，也可用于医疗系统隔离电源、以太网供电（PoE）、隔离型DC-DC转换器次级端偏置电源、独立式低功率DC-DC转换器、低功率偏置电源、低功率升压转换器等应用。

　　NCP1032主要功能

　　1）高压启动威廉希尔官方网站 和动态自供电

　　NCP1032内部集成200V电流源，当VDRAIN电压上升超过16.3V时，电流源开始输出12.5mA的电流，对Vcc上的电容充电，Vcc电容充到10.5V时电流源关断;当Vcc电压降到7.55V时内部电流源再开通对Vcc电容再次充电。Vcc电容上的电压可以维持芯片正常工作;高压启动和动态自供电威廉希尔官方网站 省去了外部辅助电源威廉希尔官方网站 ，节省了成本和面积。

　　在大多数情况下，用户都希望降低芯片自供电产生的功耗，这可以通过从变压器的辅助绕组上取电来解决。Vcc上升到10.5V时，芯片可以正常启动，只要辅助绕组上产生的电压可以维持Vcc在7.55V以上，就可以避免内部高压电流源接通，从而降低功耗，这时芯片正常运行;在输出短路或过载状态下，Vcc有可能下降到6.95V以下，这时功率管关断，芯片会进入复位启动模式，高压电流源会开通对Vcc电容充电，Vcc上升到10.2V时输出会重新启动。而在输出过载时，Vcc在6.95V以上时不会进入复位启动模式。图1是高压启动威廉希尔官方网站 。

　　启动结束时，NCP1032会有1V的过冲，如果想减小软启动结束时的过冲电压，就要使COMP脚电压从4.2V到稳态值之间的转换时间尽可能缩短，也就是说要加快补偿响应速度。

　　在较高频率时，输入功率会跟随输入电压线性上升，这主要是因为NCP1032的限流前沿消隐威廉希尔官方网站 （LEB）及传播延迟会使芯片至少有100ns导通时间，在工作频率比较高的情况下，100ns的占空比时间有点大，会出现位移，输入传递的功率也会比较大，造成高频时的短路保护的功率有所增加。

　　NCP1032的限流设定包括前沿消隐威廉希尔官方网站 ，功率管的峰值电流用外部电阻进行设定，图3左边是外部电阻设定电流值曲线。

　　2）软启动

　　NCP1032内部集成的软启动威廉希尔官方网站 可降低启动过程中功率管上的电压应力和变压器上的峰值电流。当Vcc上升到10.5V，欠压保护释放后，芯片进入软启动过程。在软启动过程中，COMP电压被箝位在4.2V，功率管的峰值电流从57mA开始逐个周期增加，直到电流上升到限流设定点后或COMP脚电压下降到3.5V时，输出电压进入修正阶段。

　　在软启动过程中，如果功率管电流上升到限流点之前输出电压上升到稳定值，COMP脚电压会下降3.5V以下，则功率管电流不会上升到设定值。如果功率管电流上升到限流点后，输出电压还没有上升到设定值，则功率管电流会限定在限流设定值，不会再增加。软启动时间和输入电压、负载大小和输出电容容量相关。

　　3）过压（OV）和欠压（UV）保护

　　NCP1032有过压/欠压管脚，用于输入电压的过压/欠压保护，管脚6电压低于1V或高于2.4V时，NCP1032功率管会关断，芯片通过内部高压电流源进行动态自供电，直到过压/欠压释放为止。欠压保护和过压保护分别有70mV和158mV的迟滞。NPC1032两个版本中，NCP1032B只有欠压，没有过压保护功能。图5是过压保护、欠压保护的设定方法及工作方式。

　　4）最大占空比和频率外同步

　　NCP1032内部振荡器设计可以支持最高1MHz的工作频率，工作频率设定与外部电容CT设定同步，芯片内部产生电容充电的放电电流源，充电电流为172μA，放电电流为512μA，充放电时间比例为1：3，充电电压峰值为3.5V，放电电压谷值为3V。

　　在放电过程中，功率管是关断的，因此该器件支持的最大占空比被限制在75%以下。NCP1032支持频率的外同步，CT设定的工作频率要比同步频率低25%，见图6。

　　5）输入电压前馈

　　输入电压前馈使转换器可以快速响应输入电压的变化，NCP1032通过CT脚也可以支持输入电压前馈功能，如图7。前馈电阻的存在会改变最大占空比和工作频率。如果想将最大占空比设定在固定值，RFF可以接固定电压。

　　6）最小占空比可跳周期

　　NCP1032内部的PWM比较器和锁存器延时时间在200ns以内，如果占空比小于200ns，芯片会进入跳周期模式来保证输出电压稳定，但输出电压纹波可能会有增加。

　　NCP1032的典型应用

　　显示的是基于NCP1032的48V到隔离式12V/3W偏置电源威廉希尔官方网站 。此威廉希尔官方网站 通过辅助绕组供电，同时在辅助绕组上进行电压采样补偿。NCP1032配置在反激式拓扑结构中，并以不连续导电模式（DCM）工作，提供了一个低成本、高效率的解决方案。变压器T1可采用CoilCraftB0226EL，增加绕组可以支持多路隔离电压输出;CCT将开关频率设置为约300kHz。具体的设计过程可以参考安森美半导体的应用指导AND8119。由R3和R4组成的电阻分压器设置欠压锁定阈值约为32V。如图9所示，在12V应用中，在300kHz不同输入电压条件下，NCP1032的输出的效率是不同的。

　　在布局建议方面，为了防止EMI问题，高频开关的大电流铜线应进行优化。因此，功率电流路径和电源地线，尤其是变压器的走线连接（以次侧和二次侧）要使用短而宽的引线。图10是优化的PCB布局实例。

　　为了帮助用户充分发挥NCP1032的优势，安森美半导体还提供其它设计工具支持，包括NCP1032评估板、NCP103x设计表格、应用指导AND8119，以及Pspice仿真模型。在这些工具的支持下，工程师可以简化设计过程，加快各种辅助电源的上市时间。

　　总结

　　安森美半导体为解决二次侧控制方案需要初级侧启动IC的问题，推出了集成200V功率管和高压启动威廉希尔官方网站 的反激/升压调整器NCP1032，它可以实现稳定可靠的二次IC供电，广泛用于PoE、-48V通信系统和太阳能逆变器等应用。