2014年5月16日--如今，在電訊及網路等應用中，廣泛採用分佈式電源架構，使電源供應盡可能地貼近負載，從而為系統中的不同負載供電，並提供更高的可靠性、彈性及散熱性能。安森美半導體為這些應用提供寬廣範圍的分佈式電源方案，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體新推出的整合200 V功率電晶體和高壓啟動電路的隔離型返馳/升壓穩壓器NCP1032。NCP1032是小型化PWM開關穩壓器，用於返馳、順向或升壓類電壓轉換電路。此元件外部可調開關頻率，最高可到1 MHz，開關頻率可外同步。其他關鍵特性包括+/-1%的參考電壓精度、逐波限流點外部可調、可調的輸入欠壓和過壓保護、故障狀態下頻率回縮、整合電流取樣前沿消隱電路和過熱保護等。NCP1032非常適合於24 V/48 V電訊電源應用，也可用於醫療系統隔離電源、乙太網供電(PoE)、隔離型DC-DC轉換器次級端偏壓電源、獨立式低功率DC-DC轉換器、低功率偏壓電源、低功率升壓轉換器等應用。
NCP1032主要功能
1) 高壓啟動電路和動態自供電
NCP1032內部整合200 V電流源，當VDRAIN電壓上升超過16.3 V時，電流源開始輸出12.5 mA的電流，對Vcc上的電容充電，Vcc電容充到10.5 V時電流源關斷；當Vcc電壓降到7.55 V時內部電流源再開通對Vcc電容再次充電。Vcc電容上的電壓可以維持晶片正常工作；高壓啟動和動態自供電電路省去了外部輔助電源電路，節省了成本和面積。
NCP1032內部整合200 V電流源，當VDRAIN電壓上升超過16.3 V時，電流源開始輸出12.5 mA的電流，對Vcc上的電容充電，Vcc電容充到10.5 V時電流源關斷；當Vcc電壓降到7.55 V時內部電流源再開通對Vcc電容再次充電。Vcc電容上的電壓可以維持晶片正常工作；高壓啟動和動態自供電電路省去了外部輔助電源電路，節省了成本和面積。
在大多數情況下，用戶都希望降低晶片自供電產生的功耗，這可以通過從變壓器的輔助繞組上取電來解決。Vcc上升到10.5 V時，晶片可以正常啟動，只要輔助繞組上產生的電壓可以維持Vcc在7.55 V以上，就可以避免內部高壓電流源接通，從而降低功耗，這時晶片正常運行；在輸出短路或超載狀態下，Vcc有可能下降到6.95 V以下，這時功率管關斷，晶片會進入複位啟動模式，高壓電流源會開通對Vcc電容充電，Vcc上升到10.2 V時輸出會重新啟動。而在輸出超載時，Vcc在6.95 V以上時不會進入複位啟動模式。圖1是高壓啟動電路。
圖1：NCP1032的高壓啟動電路
啟動結束時，NCP1032會有1 V的過衝，如果想減小緩啟動結束時的過衝電壓，就要使COMP腳電壓從4.2V到穩態值之間的轉換時間盡可能縮短，也就是說要加快補償回應速度，見圖2。
圖2：NCP1032的過衝
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)及傳播延遲會使晶片至少有100ns導通時間，在工作頻率比較高的情況下，100ns的工作週期時間有點大，會出現位移，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定，圖3左邊是外部電阻設定電流值曲線。
圖3：限流設定
2) 緩啟動
NCP1032內部整合的緩啟動電路可降低在啟動過程中，功率管上的電壓應力和變壓器上的峰值電流。當Vcc上升到10.5 V，欠壓保護釋放後，晶片進入緩啟動過程。在緩啟動過程中，COMP電壓被箝位在4.2 V，功率管的峰值電流從57 mA開始逐個週期增加，直到電流上升到限流設定點後、或COMP腳電壓下降到3.5 V時，輸出電壓進入修正階段。
NCP1032內部整合的緩啟動電路可降低在啟動過程中，功率管上的電壓應力和變壓器上的峰值電流。當Vcc上升到10.5 V，欠壓保護釋放後，晶片進入緩啟動過程。在緩啟動過程中，COMP電壓被箝位在4.2 V，功率管的峰值電流從57 mA開始逐個週期增加，直到電流上升到限流設定點後、或COMP腳電壓下降到3.5 V時，輸出電壓進入修正階段。
在緩啟動過程中，如果在功率管電流上升到限流點之前，輸出電壓上升到穩定值，COMP腳電壓會下降3.5 V以下，則功率管電流不會上升到設定值。如果功率管電流上升到限流點後，輸出電壓還沒有上升到設定值，則功率管電流會限定在限流設定值，不會再增加。緩啟動時間和輸入電壓、負載大小和輸出電容容量相關，如圖4(左圖和右圖的時間刻度是不同的)。
圖4：緩啟動時間和輸入電壓、負載大小和輸出電容容量的關係
3) 過壓(OV)和欠壓(UV)保護
NCP1032有過壓/欠壓管腳，用於輸入電壓的過壓/欠壓保護，管腳6電壓低於1 V或高於2.4 V時，NCP1032功率管會關閉，晶片通過內部高壓電流源進行動態自供電，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、欠壓保護的設定方法及工作方式。
NCP1032有過壓/欠壓管腳，用於輸入電壓的過壓/欠壓保護，管腳6電壓低於1 V或高於2.4 V時，NCP1032功率管會關閉，晶片通過內部高壓電流源進行動態自供電，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、欠壓保護的設定方法及工作方式。
圖5：過壓保護、欠壓保護的設定及工作
4) 最大工作週期和頻率外同步
NCP1032內部振盪器設計可以支持最高1 MHz的工作頻率，工作頻率設定與外部電容CT設定同步，晶片內部產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，放電電壓谷點為3V。
NCP1032內部振盪器設計可以支持最高1 MHz的工作頻率，工作頻率設定與外部電容CT設定同步，晶片內部產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，放電電壓谷點為3V。
在放電過程中，功率管是關閉的，因此該器件支持的最大工作週期被限制在75%以下。NCP1032支持頻率的外同步，CT設定的工作頻率要比同步頻率低25%，見圖6。
圖6：NCP1032最大工作週期和工作頻率
5) 輸入電壓前饋
輸入電壓前饋使轉換器可以快速回應輸入電壓的變化，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工作週期和工作頻率。如果想將最大工作週期設定在固定值，RFF可以接固定電壓。
輸入電壓前饋使轉換器可以快速回應輸入電壓的變化，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工作週期和工作頻率。如果想將最大工作週期設定在固定值，RFF可以接固定電壓。
圖7：電壓前饋
6) 最小工作週期可跳週期
NCP1032內部的PWM比較器和鎖存器延時時間在200 ns以內，如果工作週期小於200 ns，晶片會進入跳週期模式來保證輸出電壓穩定，但輸出電壓紋波可能會有增加。
NCP1032內部的PWM比較器和鎖存器延時時間在200 ns以內，如果工作週期小於200 ns，晶片會進入跳週期模式來保證輸出電壓穩定，但輸出電壓紋波可能會有增加。
NCP1032的典型應用
圖8顯示的是基於NCP1032的48 V到隔離式12 V/3 W偏壓電源電路。此電路通過輔助繞組供電，同時在輔助繞組上進行電壓取樣補償。NCP1032配置在返馳式拓撲結構中，並以不連續導電模式(DCM)工作，提供了一個低成本、高效率的解決方案。變壓器T1可採用CoilCraft B0226−EL，增加繞組可以支持多路隔離電壓輸出；CCT將開關頻率設置為約300 kHz。具體的設計過程可以參考安森美半導體的應用指導AND8119。由R3和R4組成的電阻分壓器設置欠壓鎖定閾值約為32 V。如圖9所示，在12 V應用中，在300 kHz不同輸入電壓條件下，NCP1032的輸出的效率是不同的。
圖8顯示的是基於NCP1032的48 V到隔離式12 V/3 W偏壓電源電路。此電路通過輔助繞組供電，同時在輔助繞組上進行電壓取樣補償。NCP1032配置在返馳式拓撲結構中，並以不連續導電模式(DCM)工作，提供了一個低成本、高效率的解決方案。變壓器T1可採用CoilCraft B0226−EL，增加繞組可以支持多路隔離電壓輸出；CCT將開關頻率設置為約300 kHz。具體的設計過程可以參考安森美半導體的應用指導AND8119。由R3和R4組成的電阻分壓器設置欠壓鎖定閾值約為32 V。如圖9所示，在12 V應用中，在300 kHz不同輸入電壓條件下，NCP1032的輸出的效率是不同的。
圖8：48 V到隔離式12 V/3 W偏壓電源電路
圖9：輸出能效隨輸入電壓變化
在佈局建議方面，為了防止EMI問題，高頻開關的大電流銅線應進行最佳化。因此，功率電流路徑和電源地線，尤其是變壓器的走線連接(一次側和二次側)要使用短而寬的引線。圖10是最佳化的PCB佈局實例。
圖10：最佳化的PCB佈局實例
圖11是NCP1032的另一個典型應用——沒有輔助繞組的48 V 至 12.0 V DC−DC轉換器。
圖11：沒有輔助繞組的48 V 至 12.0 V DC−DC轉換器
為了幫助用戶充分發揮NCP1032的優勢，安森美半導體還提供其他設計工具支持，包括NCP1032評估板、NCP103x設計表格、應用注釋AND8119，以及Pspice仿真模型。在這些工具的支持下，工程師可以簡化設計過程，加快各種輔助電源的上市時間。
總結
安森美半導體為解決二次側控制方案需要初級側啟動IC的問題，推出了整合200 V功率管和高壓啟動電路的返馳/升壓調整器NCP1032，它可以實現穩定可靠的二次側IC供電，廣泛用於PoE、-48 V通訊系統和太陽能逆變器等應用。
安森美半導體為解決二次側控制方案需要初級側啟動IC的問題，推出了整合200 V功率管和高壓啟動電路的返馳/升壓調整器NCP1032，它可以實現穩定可靠的二次側IC供電，廣泛用於PoE、-48 V通訊系統和太陽能逆變器等應用。
