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功率元件。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）或變頻的準諧振反激式轉換器控制器（quasi-resonant flyback converter, QR flyback）。高壓MOSFET一般使用600V至1000V的高壓MOSFET，RDS(ON)通常介於1歐姆至10歐姆之間。高壓開關器的封裝一般有DIP和SMD兩種，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的限制，通常輸出功率會在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
今天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，並將一個700V MOSFET整合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的一種典型應用電路，其應用電路非常簡潔，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，並且提供了相當完善的功能：
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）功能：用於分散主要開關元件的EMI能量，並限制開關頻率的範圍以優化EMI表現。此外，頻率折返模式（Frequency Foldback Mode）功能還可以優化輕載時的效率表現。
4. 內部溫度關斷（Internal Temperature Shutdown）保護。
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。其線路圖是按照圖三的典型應用線路設計，變壓器使用EE22鐵心，根據BCM公式可計算出此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，即NP:NS:NVCC為74Ts : 12Ts : 12Ts。該方案選擇100V/3A肖特基二極管作為二次側輸出整流器。12V/12W輔助電源方案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。12V/12W輔助電源方案滿載效率在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12V/12W輔助電源方案在不同輸入電壓和負載下的效率表現。12V/12W輔助電源方案的空載功耗分別為90Vac時107mW、115Vac時152mW、230Vac時570mW、264Vac時752mW，圖六展示了該方案在不同輸入電壓下的空載功耗表現。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%，圖七展示了該方案在不同輸入電壓和負載下的輸出電壓變動率。12V/12W輔助電源方案在90Vac和264Vac下的輸出電壓上升時間分別為17.6ms和11.4ms，圖八展示了該方案在90Vac時的輸出電壓上升時間，圖九展示了該方案在264Vac時的輸出電壓上升時間。12V/12W輔助電源方案在90Vac和264Vac下NCP1077 VDS的最大電壓應力分別為330V和558V，圖十展示了該方案在90Vac滿載時的VDS電壓波形，圖十一展示了該方案在264Vac滿載時的VDS電壓波形。12V/12W輔助電源方案在90Vac和264Vac下二次側整流肖特基二極管的最大電壓應力分別為43.2V和86.4V，圖十二展示了該方案在90Vac滿載時二次側整流肖特基二極管的電壓波形，圖十三展示了該方案在264Vac滿載時二次側整流肖特基二極管的電壓波形。
圖四、實際12W/12V成品
圖五、各輸入電壓與負載下的效率
圖六、各輸入電壓下空載功耗表現
圖七、各輸入電壓與負載下的輸出電壓變動率
圖八、90Vac時12Vo輸出上升時間
圖九、264Vac時12Vo輸出上升時間
圖十、在90Vac滿載時NCP1077電壓應力波形
圖十一264Vac滿載時NCP1077電壓應力波形
圖十二、在90Vac滿載時輸出整流二極體電壓應力波形
圖十三、在264Vac滿載時輸出整流二極體電壓應力波形
►場景應用圖
►展示板照片
►方案方塊圖
►核心技術優勢
1. 固定頻率操作 2. 提供內部軟啟動 3. 提供頻率抖動功能 4. 短路保護功能 5. 動態自我供電（Dynamic Self-Supply）功能 6. 跳躍循環（skip-cycle）功能 7. 最大電流峰值設定 8. 具有內部斜率補償
►方案規格
1. 輸入電壓: 90Vac ~ 264Vac 2. 輸出電壓: 12Vdc 3. 輸出電壓精確度: +/- 1% 4. 最大輸出電流: 1A 5. 效率: 75% (輸出電壓=12V ; 輸出電流=1A) 6. 輸出電壓上升時間小於20ms 7. 展示板PCB尺寸LxWxH= 80 mm x 50 mm x 25 mm