深入解析 NCP1605 152W 正激评估板：从原理到实践

在电源设计领域，一款性能卓越的评估板对于工程师来说就像是一把精准的手术刀，能够帮助我们更深入地理解和应用电源管理技术。今天，我们就来详细探讨 ON Semiconductor 的 NCP1605 152W 正激评估板，看看它在实际应用中的表现和优势。

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核心器件 NCP1605 与 NCP1217A 简介

NCP1605 功率因数控制器

NCP1605 是专门为满足特定需求而设计的功率因数控制器。在采用窄输入电压范围的正激或半桥转换器中，PFC 级需率先启动并在电源接入期间保持工作，NCP1605 就能很好地实现这一点。它的“pfcOK”引脚可在 PFC 级准备好工作时启用下游转换器，当 PFC 级输出电压处于调节范围内时，该引脚呈高电平，否则为低电平。此外，它还集成了跳周期功能，能在轻载条件下将待机损耗降至最低。相关详细信息可参考其数据手册（http://www.onsemi.com/PowerSolutions/product.do?id=NCP1605）。

NCP1217A 控制器

NCP1217A 采用 SOIC - 7 或 PDIP - 7 封装，适用于现代 AC - DC 适配器的设计，为基于 UC384X 的设计提供了替代方案。它非常适合用于双开关正激转换器，能将占空比限制在 50% 以下，其电流模式控制拓扑提供了出色的输入音频抗扰度和逐脉冲控制能力。当电流设定点低于给定值时，IC 会自动进入跳周期模式，在轻载时实现高效率，且由于发生在用户可调节的低峰值电流下，不会产生声学噪声。更多信息可查阅（http://www.onsemi.com/PowerSolutions/product.do?id=NCP1217A）。

评估板电源架构

该评估板的电源由两个阶段组成：

• PFC 预转换器：为主要转换器提供稳定的 390Vdc 输入电压。
• 主转换阶段：采用双开关正激电路，工作频率为 133kHz，由 NCP1217A 驱动。

评估板性能分析

功率因数与效率

从表 1 可以看出，在不同的输入电压和负载电流下，评估板的功率因数和效率表现良好。在满载情况下，效率始终保持在 83.9% 以上。例如，在输入电压为 120Vrms、输出电流为 8A 时，功率因数达到 0.997，效率为 85.3%。这表明该评估板在不同工况下都能实现高效的功率转换。

启动序列

当 PFC 输出电压（VBULK）达到标称电压（约 382V）时，电路检测到启动阶段结束，“pfcOK”引脚变为高电平，允许下游转换器开始工作。在启动过程中，我们可以观察到一些跳周期序列，这是因为 NCP1605 的待机管理模块受主转换器的反馈信号控制。当 VBULK 下降到其标称水平的 95.5% 以下时，PFC 级恢复工作，避免了启动序列中出现过冲现象。

过载与短路保护

评估板内置了过载检测电路。当负载电流（IOUT）过大时，该电路会触发保护机制。例如，当反馈引脚电压超过 3V 时，npn 晶体管 Q3 导通，禁用为两个控制器供电的分立稳压器。在 19V 输出短路的情况下，电源会进入低占空比的安全打嗝模式，以保护电路。不同输入电压下的过载保护阈值也有所不同，具体数据可参考表 2。

PFC 级保护

NCP1605 的保护功能使得 PFC 级设计更加坚固。它具有欠压检测功能，最小启动工作的线电压均方根值为 83V，系统停止工作的线电压均方根值为 74V。同时，线路电流被限制在 3.2A，通过公式 (left(I{LINE,MAX }right)=frac{R{OCP } cdot I{REF }}{2 cdot R{SENSE }}=frac{2.4 k cdot 250 mu A}{2 cdot 0.1}=3 A) 可以计算得出。此外，引脚 14 监控输出电压的一部分，当引脚 14 电压超过 2.5V 时，电路停止开关，确保母线电压不超过设定的过压保护（OVP）水平（约 410V）。如果 OVP 引脚意外接地或上拉电阻连接不正确，欠压保护会检测到并防止电路工作，避免电源因 OVP 传感网络故障而损坏。当引脚 13 上施加超过 2.5V 的电压时，电路会锁存关闭，直到开关电源拔下插头，使 NCP1605 的 Vcc 电压降至 4V 复位电压以下才能恢复工作，这一功能可在开关电源出现过热等重大故障时禁用电源。

动态性能

在 120Vrms 下，将输出电流（IOUT）从 2A 变化到 8A（斜率为 2A/s）时，得益于 NCP1605 的动态响应增强器，母线电压在负载电流从 25% 突然增加到满载时，能保持在 350V 以上。当负载电流突然下降时，PFC 级利用双开关正激反馈电压（FB）的快速响应，避免了母线电压（VBULK）出现过冲现象。当 FB 电压下降到足够低的水平时，PFC 级会跳过一些周期，直到母线电压达到其标称值的 95.5%，从而为双开关正激提供较窄的输入电压范围。

待机性能

在轻载条件下，电路进入跳周期模式以降低损耗，PFC 级在待机时保持开启，为双开关正激提供标称输入电压。从表 3 可以看出，在不同输入电压下，无负载时的平均输入功率分别为 425mW（90V）和 450mW（110V）。其中约 80mW 的损耗来自两个 VBULK 传感网络，如果仅使用一个传感网络或使用更高阻抗的电阻分压器降低传感网络的泄漏电流，有望进一步提高性能。当负载电流低于 0.5A 时，PFC 级进入跳周期模式，母线电压在约 380V 至 360V 之间振荡。

热测量

使用热成像仪在环境温度为 25°C 的条件下运行 2.5 小时后，对评估板各部分进行了热测量。PFC 级的功率 MOSFET、母线电容、电流检测电阻、线圈和输入桥的温度分别为 85°C、65°C、85°C、75°C 和 110°C。双开关正激级的功率 MOSFET（低侧 90°C、高侧 85°C）、变压器、输出电容、输出线圈和输出二极管（MBR20100）的温度分别为 75°C、55°C、100°C 和 110°C。这些数据为评估板的散热设计提供了重要参考。

物料清单

评估板的物料清单详细列出了各个元件的参数、制造商和型号等信息，为工程师进行设计和替换提供了便利。例如，PFC 二极管 D1 采用 ON Semiconductor 的 MUR460RLG，PFC MOSFET M1 采用 Infineon 的 SPP20N60S5 等。

测试程序

测试步骤

1. 在评估板的输出端（“+VOUT”和“-VOUT”端子之间）连接电阻性或有源负载，该负载应能够从 19V 中汲取 12A 的电流。
2. 为了评估评估板的性能，建议使用功率分析仪测量电源提供的功率（“Pin”）、功率因数（“PF”）和从交流电源吸收的电流的总谐波失真（“THD”）。功率分析仪应插入电源和评估板之间。
3. 将评估板连接到 250W 或更高功率的隔离交流电源，该电源应模拟市电，电压应为 50 或 60Hz 的正弦波（无直流分量），且幅度不得超过 265Vrms。
4. 进行性能测量，例如在 120Vrms 输入电压下，输出电流为 8A 时，输出电压应在 18.5V 至 19.5V 之间，功率因数应高于 0.990，输入功率应小于 190W。当输出电流低于 0.25A 时，PFC 级应进入跳周期模式，可通过观察线路电流的脉冲情况进行检查。增加负载电流直到 19V 输出电压下降，负载电流应小于 12A，电源应进入打嗝模式，同样可通过观察线路电流进行验证。此测试应尽量缩短时间，以避免评估板过热。

注意事项

评估板包含高电压、高温和带电部件，只有具备电力电子专业知识的人员才能进行操作和测试。在操作过程中，务必格外小心，确保自身和他人的安全。

通过对 NCP1605 152W 正激评估板的详细分析，我们可以看到它在功率因数、效率、保护功能和动态性能等方面都表现出色。对于从事电源设计的工程师来说，这款评估板是一个非常有价值的参考工具，能够帮助我们更好地理解和应用电源管理技术，设计出更高效、更可靠的电源系统。你在使用类似评估板的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。