用NCP1200代换脉宽调制控制UC3842的应用电路

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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。
     关键词：脉宽调制控制器 电流模式控制 NCP1200
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。