用NCP1200代换脉宽调制控制UC3842的应用电路_电源技术论文
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。