安森美高壓開關器NCP1077用於12V/12W輔助電源應用

關鍵字 :onsemi高壓啟動NCP107高壓開關器輔助電源

安森美（onsemi）高壓開關器（High-Voltage Switcher）是一種將PWM控制器與高壓MOSFET整合在一個封裝中的電源元件。PWM控制器通常是固定開關頻率（fixed switching frequency）的反激式轉換器（flyback converter）或可變頻率的準諧振反激式轉換器控制器（quasi-resonant flyback converter, QR flyback）。高壓MOSFET通常使用600V至1000V的高壓MOSFET，其RDS(ON)範圍在1歐姆至10歐姆之間。高壓開關器的封裝一般有DIP和SMD封裝，常見的DIP封裝包括DIP-8和DIP-7（如圖一所示），SMD封裝包括SIOC-8、SIOC-7、SOT-223（如圖二所示）或TO-89等封裝。由於高壓開關器受限於封裝或散熱條件限制，通常輸出功率在50瓦以下，因此高壓開關器通常用於輔助電源（auxiliary power）或待機電源（standby power）。常見的應用場景包括白色家電（White Goods）、智慧電表（Smart Meter）、工業電源（industrial power）等輔助電源。

圖一、DIP-7封裝

圖二、SOT-223封裝

今日要介紹的主角是安森美NCP107x系列的高壓開關器，它是一款定頻電流模式的控制器，並將一顆700V MOSFET集成在同一封裝內的高壓開關器。這款產品適用於90Vac至264Vac輸入電壓的應用範圍。圖三展示了NCP107x的一個典型應用電路，其電路設計非常簡潔，適合用於輔助電源。此外，安森美NCP107x系列的高壓開關器還提供動態自我高壓啟動功能，無需額外的輔助電源即可輕鬆啟動控制器。NCP107x系列的高壓開關器在啟動方面還提供1ms軟啟動功能（soft start function），以減少開機時的應力（stress），同時也能有效降低輸出過衝問題（overshoot）。另外，NCP107x系列的高壓開關器還具備頻率抖動功能（frequency jittering function），透過這種方式可以將主要開關元件附近的能量分散，從而實現軟化EMI的效果。安森美NCP107x系列的高壓開關器，其Flyback應用電路也非常簡潔，如圖三所示，並且提供了多種完善的功能：

1. 輸出短路保護（Output Short Circuit Protection）：採用基於時間計數的自動恢復（Auto-Recovery with Timer Based Detection）保護機制。

2. 過電壓保護（Over Voltage Protection）：透過輔助繞組實現過電壓保護的自動恢復保護機制。

3. 頻率抖動（Frequency Jittering）與頻率折返模式（Frequency Foldback Mode）：用於分散主要開關元件的EMI能量，並限制開關頻率範圍以優化EMI表現。此外，頻率折返模式（Frequency Foldback Mode）功能還能優化輕載時的效率表現。

4. 內部溫度關閉（Internal Temperature Shutdown）保護。

綜上所述，安森美NCP107x系列的高壓開關器是一款功能完善、設計簡潔且高效的解決方案，適合多種應用場景。

圖三、NCP107x系列的典型應用電路圖

今日主題以安森美NCP1077STAT3G作為12V/12W輔助電源應用，其主要規格如下：輸入電壓範圍為90Vac~264Vac，滿載效率大於75%，輸出電壓變動率需控制在3%以內。其電路圖是按照圖三的典型應用電路設計，變壓器使用EE22鐵芯，根據BCM公式可以計算出此12V/12W變壓器的一次側感量，這裡我們取1mH的電感量，一、二次側匝數比為6:1。這個12V/12W輔助電源是使用手邊易取得的元件組裝而成，PCB採用洞洞板實現，實際組裝完成的成品如圖四所示。實際板子滿載效率在90Vac時為77.97%、115Vac時為79.63%、230Vac時為78.84%、264Vac時為77.77%，圖五展示了此成品在不同輸入電壓和負載條件下的效率。輸出電壓變動率在90Vac時最大為0.33%、115Vac時最大為0.33%、230Vac時最大為0.33%、264Vac時最大為0.33%，圖六展示了此成品在不同輸入電壓和負載條件下的輸出電壓變動率。