NCP3063系列开关稳压器：特性、应用与设计指南

引言

在电源管理领域，开关稳压器是至关重要的组件，能够高效地实现电压转换。NCP3063系列开关稳压器便是其中一款备受关注的产品，它是流行的MC34063A和MC33063A单片DC - DC转换器的高频升级版。今天，我们就来深入了解一下NCP3063系列开关稳压器的特性、工作原理以及应用场景。

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产品概述

NCP3063系列包括NCP3063、NCP3063B和NCV3063，该系列器件由内部温度补偿基准、比较器、带有源电流限制电路的可控占空比振荡器、驱动器和高电流输出开关组成。其设计初衷是在最少的外部组件下，实现降压、升压和电压反转应用。

特性亮点

1. 宽输入电压范围：可承受高达40V的输入电压，适用于多种电源环境。
2. 低待机电流：有助于降低功耗，提高系统效率。
3. 高输出电流：输出开关电流可达1.5A，能满足较大功率负载的需求。
4. 输出电压可调：用户可根据实际需求灵活调整输出电压。
5. 高频操作：频率为150kHz，能减小外部组件的尺寸。
6. 高精度基准：具有1.5%的精密基准，保证输出电压的稳定性。
7. 新特性：具备带迟滞的内部热关断功能和逐周期电流限制功能，提高了系统的可靠性。
8. 环保封装：提供无铅封装选项，符合环保要求。

应用场景

• 电源转换应用：可用于降压、升压和电压反转电源应用，满足不同的电压需求。
• 高功率LED照明：为LED提供稳定的电源，确保照明效果。
• 电池充电器：实现高效的电池充电功能。

引脚说明

NCP3063系列采用DFN - 8和SOIC - 8封装，各引脚功能如下：	引脚编号	引脚名称	描述
1	Switch Collector	内部达林顿开关集电极
2	Switch Emitter	内部达林顿开关发射极
3	Timing Capacitor Oscillator Input	定时电容振荡器输入
4	GND	所有内部电路的接地引脚
5	Comparator Inverting Input	内部比较器的反相输入引脚
6	VCC	电源电压
7	Ipk Sense	峰值电流检测输入，用于监测外部电阻上的电压降，以限制电路中的峰值电流
8	N.C.	未连接引脚
暴露焊盘	暴露焊盘	封装下方的暴露焊盘必须连接到GND（引脚4），适当的布局技术可大大提高NCP3063的散热能力。

工作原理

振荡器

振荡器频率和输出开关的关断时间由定时电容$C_T$的值编程。电容$C_T$由1:6比例的内部电流源和电流阱充电和放电，在引脚3产生正向锯齿波。该比例设定开关转换器的最大导通时间与总时间之比为$6/(6 + 1)$，即0.857（典型值）。振荡器的峰谷电压差通常为500mV。要计算所需振荡器频率的$C_T$电容值，可使用相关设计方程，也可在www.onsemi.com的NCP3063产品页面找到基于Excel的设计工具。

峰值电流检测比较器

在正常工作条件下，输出开关的导通由电压反馈比较器启动，由振荡器终止。当转换器输出过载或反馈电压检测丢失时，$I{pk}$电流检测比较器将保护达林顿输出开关。通过在$V{CC}$和达林顿输出开关之间串联一个小阻值电阻$R{SC}$，将开关电流转换为电压。电流检测比较器监测$R{SC}$上的电压降。如果电压降相对于$V_{CC}$超过200mV，比较器将置位锁存器，并逐周期终止输出开关的导通。

热关断

内部热关断电路用于在芯片结温超过最大值时保护IC。当温度达到160°C时，输出开关将被禁用。温度检测电路设计有10°C的迟滞，当芯片温度降至150°C以下时，开关将重新启用。这一特性可防止因意外过热导致的灾难性故障，但不能替代适当的散热措施。

输出开关

输出开关采用达林顿配置，允许应用设计师在高开关速度和低电压降的条件下工作。达林顿输出开关设计用于切换最大40V的集电极 - 发射极电压和高达1.5A的电流。

应用设计

典型应用电路

文档中展示了多种典型应用电路，包括降压、升压和电压反转应用。以下是部分应用电路的介绍：

降压应用

典型的降压应用电路如图16所示，使用了470μF、25V的低ESR电容C203等组件。测试结果显示，输出纹波为8mV，效率大于73%。

升压应用

升压应用电路如图19所示，使用了330μF、50V的低ESR电容C105等组件。测试结果表明，在不同输入电压和负载条件下，线路调节、负载调节、输出纹波和效率等指标都表现良好。

电压反转应用

电压反转应用电路如图22所示，使用了22μH、Isat > 1.5A的电感L501等组件。测试结果显示，线路调节、负载调节、输出纹波等指标符合要求。

外部晶体管应用

在需要宽输入电压范围和更高功率的应用中，推荐使用外部晶体管。文档中展示了多种带有外部晶体管的应用电路，如带有外部NMOS晶体管的升压应用、带有外部PMOS晶体管的降压应用和带有外部低$V_{CE(sat)}$ PNP晶体管的降压应用。使用外部晶体管的优点包括提高输出电流、提高效率、增加工作频率等。

订购信息

NCP3063系列提供多种封装选项，包括DFN - 8和SOIC - 8，并且均为无铅封装。具体的订购信息如下：	器件	封装	包装数量
NCP3063BMNTXG	DFN - 8（无铅）	4000 / 卷带包装
NCP3063DR2G	SOIC - 8（无铅）	2500 / 卷带包装
NCP3063BDR2G	SOIC - 8（无铅）	2500 / 卷带包装
NCP3063MNTXG	DFN - 8（无铅）	4000 / 卷带包装
NCV3063DR2G*	SOIC - 8（无铅）	2500 / 卷带包装
NCV3063MNTXG*	DFN - 8（无铅）	4000 / 卷带包装

*NCV前缀适用于汽车和其他需要特定场地和变更控制的应用。

总结

NCP3063系列开关稳压器具有多种特性和优势，适用于多种电源管理应用。其宽输入电压范围、高输出电流、输出电压可调等特性，使其成为电源设计的理想选择。在实际应用中，我们可以根据具体需求选择合适的应用电路和外部组件，以实现最佳的性能和效率。同时，我们也要注意器件的最大额定值和工作条件，确保系统的可靠性和稳定性。你在使用NCP3063系列开关稳压器时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。