0    引言

    反激變換器" title="反激變換器">反激變換器具有電路結構簡單、輸入輸出電氣隔離,、電壓調節(jié)范圍寬,、易于多路輸出等特點，因而適合作為電力電子設備內的輔助開關電源,。

    電流控制型脈寬調制是一種新穎的控制技術,，它克服了傳統的電壓控制型脈寬調制技術的缺點，使開關電源系統具有快速的瞬態(tài)響應,、高度的穩(wěn)定性,、過載及短路保護簡單等特點。NCP1200A是一種低功率通用離線電源的電流模式脈寬調制控制器,，它代表了向超小型開關電源方向的重大飛躍,，它內部包括定時元件、反饋器件,、低通濾波器和自供電等,。本文通過對此芯片功能的研究,，并且成功地設計制作了多路隔離輸出反激變換器的樣機。

1    電流控制型脈寬調制器NCP1200A簡介

    NCP1200A采用標準電流模型體系,，驅動關斷時間由峰值電流設置點確定,。此控制芯片具有以下特點：

    ——無需輔助電源繞組；

    ——內部有輸出短路保護電路,；

    ——空載待機功耗極低,；

    ——電流模式帶跳周期功能；

    ——內部有250ns前沿消隱" title="消隱">消隱電路,；

    ——250mA峰值拉/灌電流能力,；

    ——內部固定頻率為40/60/100kHz；

    ——通過光耦合器直接連接,。

    其內部結構如圖1所示,，各引腳功能如下：

    ——腳1用來調整發(fā)生跳周期的電平；

    ——腳2將光耦器接至該腳,，根據輸出功率需求來調節(jié)一次側峰值電流設定點,；

    ——腳3檢測一次側電流，并通過前沿消隱電路將檢測值送入內部比較器,；

    ——腳4接地,；

    ——腳5輸出驅動外部MOSFET開關管；

    ——腳6接至典型值為10μF的外部大容量電容,；

    ——腳7用來保證適當的漏電流距離,；

    ——腳8接至高壓直流干線，該腳將恒定電流注入V_cc大容量電容,。

圖1    NCP1200A內部結構

2    設計特點及注意事項

2.1    動態(tài)自供電（DSS）

    動態(tài)自供電技術使得所設計的反激變換器無需輔助電源繞組，可由高壓直流干線直接供電,。DSS的原理基于V_cc大容量電容從一個低電平到一個較高電平的充放電" title="充放電">充放電,。其工作過程如下：

    當電源接通時，若V_cc<V_ccH,，則電流源接通,，無脈沖輸出；若V_cc下降且大于V_ccL,，電流源關斷,，輸出為脈動；若V_cc上升且小于V_ccH,，電流源接通,，輸出為脈動；典型值V_ccH=12V,，V_ccL=10V,，其工作過程示意圖如圖2所示,。

圖2    V_cc電容的充放電示意圖

2.2    跳周期工作模式

    由于開關電源在正常負載條件下具有良好的效率，而在輸出功率減小時,，其效率將開始下降,。NCP1200A內嵌跳周期功能，當輸出功率需求量減小到給定值以下時,，便自動地跳過開關周期,，這是通過監(jiān)視腳FB來實現的。當負載需求量減小時,，內部環(huán)路要求較小的峰值電流,，當此設定值達到確定的電平時，集成電路將阻止電流繼續(xù)減少,，并開始使輸出脈沖出現空白,，實現跳周期模式。當FB跳過門限值（默認值1.2V）時,，峰值電流不會超過1V/R_sense,。當集成電路進入跳周期模式時，峰值電流不會小于V_pin1/3.3,，此時用戶可以通過改變腳1的電壓值來調節(jié)跳周期的峰值電流,。這樣在空載情況下，NCP1200A的總待機效率可以很容易達到設計要求,。

2.3    短路保護功能

    通過持續(xù)監(jiān)視反饋回路,，NCP1200A能檢測到出現短路的情況，并立即將輸出功率減小,，以對整個電路進行保護,。一旦短路消失，控制器即可恢復到正常工作狀態(tài),。因此,，對于給定的恒定輸出功率的電源，可以很方便地斷開這個保護功能,。

2.4    軟啟動" title="軟啟動">軟啟動的實現

    V_cc電壓從12V降到10V所需要的時間決定了系統能否正常啟動,，由輸出電容充電引起的相應瞬態(tài)故障持續(xù)時間必須小于V_cc電壓從12V降到10V的時間，否則反饋監(jiān)視回路就會當短路情況處理,，使得電源將不能正常啟動,。V_cc上的電壓和腳6的外接電容值C有關系。假設系統達到額定負載所需的時間為6ms,，因而V_cc的下降時間必須大于6ms,，此處設定為10ms。在包括MOSFET驅動的集成電路消耗電流為1.5mA,，由式C=i·Δt/ΔV,，可得所需電容值的大小,。按照此處所設定的條件可知C=7.5μF，在實際電路中用C=10μF,，以便實現軟啟動功能,。

2.5    芯片管腳防負電壓尖峰功能

    此芯片可以通過附加外圍電路來防止敏感管腳被負電壓尖峰損壞。負的信號對只有正偏置的控制芯片有很大的損壞,，使其不能穩(wěn)定工作,。如果由于設計不當，使得變壓器原邊電感和腳6外接電容發(fā)生諧振,，將會在腳6上產生負的脈沖,，造成芯片損壞。為了有效地防止此情況的發(fā)生,，可以采用圖3所示的兩種電路來保護芯片,。

圖3    防止負壓脈沖電路

2.6    內嵌前沿消隱（LEB）功能

    一般控制芯片，在一次側的電流檢測輸入前,，必須對檢測到的電流波形進行低通濾波處理,，以防止由于開關管的開關尖峰所引起的瞬態(tài)過流現象。NCP1200A內部具有250ns的前沿消隱電路,，從而無須外加低通濾波網絡對檢測的電流進行處理,，使得電路設計更加簡單。

3    試驗結果

    本文通過試驗樣機進一步來介紹NCP1200A的工作原理以及在實際設計中的簡便性,。此試驗裝置為48V直流輸入,，三路隔離輸出的反激變換器。各個參數設置為：V_in=48V,，V_cc=V_cc1=V_cc2=15V,，V_EE=－15V，開關頻率f=40kHz,，變壓器原邊電感值L=330μH,，額定輸出功率P=14W，占空比D=0.4（為了防止D>0.5,，而使電路不能穩(wěn)定工作，且無須加斜坡補償）,。電路的結構原理如圖4所示,，采用RCD無源吸收網絡來防止MOSFET被燒毀。

圖4    電路的結構原理

    所研制的試驗樣機如圖5所示,，具體尺寸為105mm×30mm×23mm,，采用立放直插式結構，便于和主體設備連接,。

圖5    試驗樣機實物圖

    由所研制的試驗樣機測得的實際試驗波形如圖6～圖8所示,。圖6為V_cc電容上的充放電波形,，很好地實現了芯片的動態(tài)自供電，同時保證了裝置的軟啟動,。

圖6    V_cc電容充放電波形

(a)一次側檢測電流波形

(b)開關管漏源極間電壓波形

圖7    i_cs與v_ds波形

圖8    不同功率下的輸出脈沖(P₁>P₂)

    圖7(a)和(b)分別為電路工作在電流連續(xù)狀態(tài)（CCM）和電流斷續(xù)狀態(tài)（DCM）的一次側采樣電阻上的電流波形和MOSFET上的漏源極之間的電壓波形,，試驗波形中所存在的電流和電壓毛刺，是由于一次側變壓器的漏感,、MOSFET的體內寄生電容以及二次側的二極管反向恢復所造成的,。由于NCP1200A具有250ns的LEB功能，所以檢測電流中的高頻脈沖不會影響到電路的穩(wěn)定性,。

    圖8為樣機工作在額定輸出功率和輕載情況下的驅動波形對比,，由此可以看出芯片的跳周期工作狀態(tài)，從而有效地減少功耗,，達到高效率的要求,。

4    結語

    NCP1200A是一種性能優(yōu)良的電流控制型脈寬調制器，適合于超小型的開關電源設計,。它具有動態(tài)自供電,、軟啟動、跳周期低損耗工作,、短路保護等功能,。幾乎不需要外圍分立器件，就能實現多路隔離輸出高效率的小型反激變換器,，因而,，該芯片廣泛地應用于交流－直流適配器、離線電池充電器,、輔助電源等,。