Onsemi NCP107x系列高压开关芯片：低功耗离线SMPS的理想之选

在电子设备的电源设计中，开关模式电源（SMPS）因其高效、小型化等优点而被广泛应用。而Onsemi的NCP107x系列产品，为低功耗离线SMPS提供了一种高度集成的解决方案。今天，我们就来深入了解一下这个系列的芯片。

文件下载：NCP1070-D.PDF

产品概述

NCP107x系列包括NCP1070、NCP1071、NCP1072、NCP1075、NCP1076和NCP1077等型号。该系列产品将固定频率电流模式控制器与700V MOSFET集成在一起，有PDIP - 7或SOT - 223两种封装可供选择。它具有高度集成的特点，涵盖了软启动、频率抖动、短路保护、跳周期、最大峰值电流设定点、斜坡补偿以及动态自供电（无需辅助绕组）等功能。

与其他单片解决方案不同，NCP107x本质上运行安静。在标称负载运行期间，器件以可用频率（65、100或130 kHz）之一进行开关操作。当输出功率需求降低时，IC会自动进入频率折返模式，在轻负载下提供出色的效率。当功率需求进一步降低时，它会进入跳周期模式，将待机功耗降低到空载状态。

关键特性

内置700V MOSFET

不同型号的NCP107x具有不同的导通电阻RDS(on)，如NCP1076/77为4.7Ω，NCP1072/75为11Ω，NCP1070/71为22Ω。这使得设计师能够根据不同的功率需求选择合适的型号。

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。

电流模式固定频率操作

提供65/100/130 kHz三种可选频率，满足不同应用场景的需求。不同型号的峰值电流也有所不同，例如NCP1070/72为250 mA，NCP1071为350 mA等。

固定斜坡补偿

确保在电流模式控制下的稳定性，特别是在占空比大于50%的情况下。

跳周期操作

仅在低峰值电流时进行跳周期操作，不会产生声学噪声，提高了系统的稳定性和可靠性。

动态自供电

无需辅助绕组，简化了电路设计，降低了成本。

内部1 ms软启动

确保平滑的启动序列，减少输出过冲，保护电路元件。

多种保护功能

包括基于定时器的自动恢复输出短路保护、带辅助绕组操作的自动恢复过压保护、频率抖动以改善EMI特性、空载输入功耗小于50 mW、频率折返以提高轻负载效率以及内部温度关断等。

电气特性

文档中详细列出了NCP107x系列产品的电气特性，包括电源电压、漏极电压、漏极电流峰值、启动电流、电流比较器、内部振荡器、反馈部分、频率折返与跳周期、斜坡补偿以及保护功能等方面的参数。这些参数为工程师在设计电路时提供了重要的参考依据。

典型应用

NCP107x系列产品适用于辅助/备用隔离电源、白色家电、智能电表/电表等领域。在这些应用中，其低功耗、高集成度和多种保护功能能够满足系统的需求，提高系统的可靠性和稳定性。

应用信息

启动序列

当电源首次从市电插座供电时，内部电流源对VCC电容充电。当VCC电容上的电压达到VCC(on)水平时，电流源关闭，输出级开始输出脉冲，电路启动。如果VCC电压低于VCC(min)，内部电流源会再次启动，将VCC电压提升到VCC(on)水平。

故障处理

• VCC短路故障：控制器采用了两级启动电流设计（Istart1和Istart2），在VCC与GND之间发生短路时，可降低功耗，保护芯片。
• 输出短路故障：当VCC达到VCC(on)时，驱动脉冲内部启用。如果输出电压未调节，反馈电流低于IFBfault水平，会触发故障计数器tsCP。如果故障仍然存在，所有驱动脉冲将停止，芯片进入安全的自动恢复突发模式。
• 自动恢复过压保护：当辅助VCC向内部齐纳二极管注入过多电流时，控制器会认为发生了过压情况，停止内部驱动器。经过recovery延迟后，会尝试重新启动。

其他特性

• 软启动：1 ms的软启动功能可减少上电应力，降低输出过冲。
• 抖动：频率抖动可软化EMI特性，NCP107x提供±6%的标称开关频率偏差。
• 线路检测：内部比较器监测漏极电压，当漏极电压低于内部阈值VHV(EN)时，内部功率开关将被禁止，避免在过低的交流输入下运行。
• 频率折返：当反馈电流超过IFBfold水平时，振荡器进入频率折返模式，降低开关频率。当反馈电流达到IFBfold(end)时，开关频率可降至Fmin（典型值为25 kHz）。如果输出功率继续降低，芯片将进入跳周期模式。

设计流程

确定参数

首先需要确定输入电压范围（如Vin min = 90 Vac或127 Vdc，Vin max = 265 Vac或375 Vdc）、输出电压（如Vout = 12 V）、输出功率（如Pout = 10 W）、工作模式（如CCM）和效率（如η = 0.8）等参数。

选择匝数比

为了确保横向MOSFET体二极管不会正向偏置，需要选择合适的匝数比N，使其满足N(Vout + Vf) < Vin,min。

计算电感

根据公式L = (Vin d)² / (fsw K Pin)计算初级电感，其中K定义了CCM中的纹波量。

计算损耗

包括传导损耗、开关损耗和DSS模式损耗等。传导损耗可根据Id,rms² RDS(on)计算，开关损耗可根据相关公式估算。

MOSFET保护

为了保护MOSFET，需要安装RCD钳位网络或使用简单的电容进行钳位。对于不同的应用场景，可以选择不同的保护方案。

散热设计

NCP107x的总功耗包括DSS电流源和MOSFET的功耗。为了避免触发内部热关断，需要在PCB设计中预留足够的铜面积来散热。

总结

Onsemi的NCP107x系列产品为低功耗离线SMPS提供了一种高度集成、性能优异的解决方案。其丰富的功能和保护特性能够满足各种应用场景的需求，同时简化了电路设计，降低了成本。在实际设计中，工程师需要根据具体的应用需求，合理选择型号和参数，确保系统的可靠性和稳定性。你在使用NCP107x系列产品时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。