汽车级离线低功耗SMPS高压开关NCV1060和NCV1063：特性、应用与设计要点

一、引言

在电子工程师的日常设计中，开关电源（SMPS）是一个关键的组成部分。特别是在汽车电子等对可靠性和性能要求极高的领域，选择合适的开关电源芯片至关重要。onsemi的NCV1060和NCV1063就是这样两款专为汽车应用设计的高压开关芯片，它们集成了固定频率电流模式控制器和670V MOSFET，为低功耗离线SMPS提供了高性能的解决方案。

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二、产品概述

2.1 集成特性

NCV106X系列产品将固定频率电流模式控制器与670V MOSFET集成在一起，提供了高度的集成度。它具有软启动、频率抖动、短路保护、跳周期、可调峰值电流设定点、斜坡补偿和动态自供电（无需辅助绕组）等功能。

2.2 封装形式

该系列产品有SOIC - 10和SOIC - 16两种封装形式，方便不同应用场景的选择。

2.3 工作模式

在标称负载运行时，芯片以60kHz或100kHz的频率进行开关操作。当输出功率需求降低时，芯片会自动进入频率折返模式，在轻载时提供出色的效率。当功率需求进一步降低时，进入跳周期模式，将待机功耗降低到空载状态。

三、关键特性分析

3.1 内置MOSFET

内置的670V MOSFET具有不同的导通电阻，NCV1060的RDS(on)为34Ω，NCV1063的RDS(on)为11.4Ω，这使得设计者可以根据不同的功率需求选择合适的型号。

3.2 大爬电距离

高压引脚之间具有较大的爬电距离，提高了产品的安全性和可靠性。

3.3 电流模式固定频率操作

支持60kHz或100kHz的固定频率操作，并且峰值电流可调，为设计提供了灵活性。

3.4 保护特性

• 短路保护：通过持续监测COMP线的活动，能够检测短路的存在，并立即降低输出功率，实现系统的全面保护。
• 过压保护：具有自动恢复功能，当辅助绕组用于偏置VCC引脚时，内部比较器会监测VCC引脚的电压，超过设定值时停止开关操作。
• 过功率保护：ON专有的集成过功率保护（OPP）功能，可通过外部电阻来控制最大输出功率，同时不影响待机性能。

3.5 动态自供电

内部高压电流源使得该设备可以在无需辅助绕组的情况下提供电源电压，简化了设计。

3.6 频率抖动

内部低频调制信号对振荡器频率进行调制，有助于在传导噪声分析中分散能量，改善EMI特性。

3.7 软启动

4ms的软启动确保了平滑的启动序列，减少了输出过冲。

3.8 频率折返和跳周期

频率折返功能可根据COMP引脚电流信息调整开关频率，当功率需求进一步降低时进入跳周期模式，提高轻载效率。

四、典型应用

4.1 辅助和备用隔离电源

适用于混合动力电动汽车（HEV）和电动汽车（EV）的辅助和备用隔离电源，为车辆的电子系统提供稳定的电源。

4.2 非隔离和隔离拓扑

NCV106x可以无缝应用于非隔离和隔离拓扑中，满足不同的设计需求。

五、设计要点

5.1 启动序列

当电源从市电插座首次供电时，内部电流源对VCC电容充电。当VCC电容电压达到VCC(on)水平时，电流源关闭，输出级开始工作。在启动过程中，需要注意VCC电容的选择，以避免VCC电压低于VCC(off)水平。

5.2 故障处理

• VCC短路故障：控制器采用了两级启动电路，在VCC和GND之间发生短路时，能够降低功耗，保护芯片。
• 输出短路故障：当输出电压未调节且COMP引脚电流低于I_COMPfault水平时，触发故障计数器，若故障持续存在，进入安全的自动恢复突发模式。
• 过压保护：通过监测VCC引脚电压，当发生过压情况时，停止内部驱动器，经过一定延迟后尝试重新启动。

5.3 MOSFET保护

在Flyback设计中，需要限制MOSFET的漏极电压，可采用简单电容、RCD网络或齐纳二极管/TVS等方式进行保护。

5.4 功率损耗和散热

NCV106X的总功耗包括DSS电流源和MOSFET的损耗，为了避免触发内部热关断（TSD），PCB设计时需要预留较大的铜面积来帮助散热。

六、结论

NCV1060和NCV1063是两款性能出色的汽车级高压开关芯片，它们的高度集成特性、丰富的保护功能和灵活的设计选项，为电子工程师在设计低功耗离线SMPS时提供了可靠的解决方案。在实际应用中，工程师需要根据具体的设计需求，合理选择芯片型号和外围电路，确保系统的性能和可靠性。

大家在使用NCV1060和NCV1063进行设计时，有没有遇到过什么特别的问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。