汽车级启停非同步升压控制器 NCV8877 深度解析

在汽车电子领域，启停系统的广泛应用对电源管理提出了更高的要求。onsemi 的 NCV8877 作为一款汽车级启停非同步升压控制器，为解决启停车辆运行中电池电压骤降问题提供了有效的解决方案。下面将详细介绍 NCV8877 的特点、工作原理及应用设计。

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1. 产品概述

NCV8877 是一款非同步升压控制器，旨在启停车辆运行时，电池电压骤降的情况下提供最小输出电压。它驱动外部 N 沟道 MOSFET，采用带内部斜率补偿的峰值电流模式控制，内置稳压器为栅极驱动器供电。

1.1 产品特性

• 自动启用：在唤醒阈值电压以下自动启用（工厂可编程）。
• 禁用功能：具备覆盖禁用功能。
• 升压模式：在调节设定点进行升压模式操作。
• 高精度输出：在温度范围内输出精度达 2%。
• 低静态电流：睡眠模式下典型静态电流小于 12μA。
• 多重保护：具有逐周期电流限制、打嗝模式过流保护（OCP）和热关断（TSD）等保护功能。
• 宽输入电压范围：输入电压范围为 2V 至 40V，可承受 45V 负载突降。

1.2 典型应用

适用于需要在启动和启停操作中提供稳压的应用场景。

2. 引脚描述

引脚编号	引脚符号	功能
1	DISB	禁用输入，低电平时器件禁用
2	ISNS	电流感测输入，连接到外部 N - MOSFET 源极
3	GND	接地参考
4	GDRV	栅极驱动器输出，连接到外部 N - MOSFET 栅极
5	VDRV	驱动电压，内部稳压电源，需用 1.0μF 陶瓷电容旁路到地
6	VOUT	输出电压
7	VC	电压误差跨导放大器输出，用于稳定转换器
8	ROSC	用电阻接地设置频率

3. 绝对最大额定值

了解器件的绝对最大额定值对于确保其安全可靠运行至关重要。NCV8877 的主要绝对最大额定值如下：	额定值	值	单位
直流电源电压 (VOUT)	-0.3 至 40	V
峰值瞬态电压 (负载突降)	45	V
直流电源电压 (VDRV, GDRV)	12	V
直流电压 (VC, ISNS, ROSC)	-0.3 至 3.6	V
直流电压 (DISB)	-0.3 至 6	V
直流电压应力 (VOUT - VDRV)	-0.7 至 40	V
工作结温	-40 至 150	°C
存储温度范围	-65 至 150	°C
峰值回流焊温度	265 峰值	°C

4. 工作原理

4.1 禁用功能

DISB 引脚提供 IC 禁用功能。当该引脚施加直流逻辑低电压时，NCV8877 进入低静态电流睡眠模式，可通过外部信号关闭 IC 或禁用唤醒功能。

4.2 稳压功能

在正常电池运行（12V）时，NCV8877 处于低静态电流睡眠模式。当电源电压降至下降阈值以下时，器件启用；当电源电压低于调节设定点时，开始升压操作。当电源电压恢复并超过调节设定点时，升压操作停止，器件恢复低静态电流睡眠模式。

4.3 电流模式控制

NCV8877 采用电流模式控制方案，PWM 斜坡信号源自功率开关电流。该斜坡信号与误差放大器输出比较，控制功率开关导通时间。振荡器作为固定频率时钟，确保恒定工作频率。与传统电压模式控制相比，电流模式控制具有响应速度快、逐周期电流限制和补偿简单等优点。

4.4 电流限制

NCV8877 具有峰值电流模式和过流锁定两种电流限制保护功能。当电流感测放大器检测到 ISNS 和 GND 之间的电压超过峰值电流限制时，功率开关在本周期剩余时间内关断。若电流感测电阻两端电压超过过流阈值电压，器件进入过流打嗝模式。

4.5 欠压锁定 (UVLO)

输入欠压锁定功能确保当输入电压过低，无法支持内部电源轨和控制器时，器件不会出现意外行为。当输入电压超过 UVLO 阈值加上滞回电压时，IC 启动；当输入电压低于 UVLO 阈值或器件被禁用时，IC 关闭。

4.6 VDRV 驱动电压

内部稳压器为栅极驱动器提供驱动电压，需用陶瓷电容旁路到地，以确保快速导通时间。电容值根据外部 MOSFET 的开关速度和充电要求选择，范围为 0.1μF 至 1μF。

5. 应用设计

5.1 设计步骤

• 定义操作参数：确定最小输入电压、最大输入电压、输出电压、最大输出电流和期望的逐周期电流限制等参数。
• 选择工作频率：默认情况下，ROSC 引脚开路，振荡器以默认频率工作。添加电阻到地可提高开关频率。
• 选择电流感测电阻：根据电流限制阈值电压和期望的电流限制选择电流感测电阻。
• 选择输出电感：输出电感控制开关周期内的电流纹波，根据峰值电流纹波和最坏情况下的输入电压计算电感值。
• 选择输出电容：输出电容用于平滑输出电压，减少线路瞬变引起的过冲和下冲。
• 选择输入电容：输入电容减少模块输入电压纹波。
• 选择补偿器组件：采用 Type II 补偿优化动态响应。
• 选择 MOSFET：确保 MOSFET 的总栅极电荷不超过驱动电压电流与开关频率的比值。
• 选择二极管：输出二极管整流输出电流，其平均电流等于输出电流，需能承受输出电压和最大输入电压中的较高值。
• 设计注意事项：VOUT 引脚具有反馈和 IC 供电双重功能，需注意 VDRV 电路的电流脉冲功耗；建议进行反馈回路计算机建模和阶跃负载测试；补偿地和 ROSC 编程电阻地应专用且直接连接到 IC 地；避免使用过孔。
• 确定反馈回路补偿网络：补偿网络的目的是稳定转换器的动态响应，通过优化补偿网络，实现输入线路和负载瞬变的稳定调节响应。

6. 总结

NCV8877 是一款功能强大的汽车级启停非同步升压控制器，具有多种保护功能和良好的性能。在设计应用时，需要根据具体需求合理选择组件，并注意设计细节，以确保系统的稳定性和可靠性。希望本文能为电子工程师在使用 NCV8877 进行设计时提供有益的参考。你在实际应用中是否遇到过类似控制器的设计挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验。