一、介绍

NCP1271是开关频率固定的反激式开关电源芯片,又分为NCP1271A和NCP1271B,他们仅有开关频率不同。NCP1271A为65KHz,NCP1271B为100KHz。有两种封装:

二、整体框图如下,接下来根据框图来介绍NCP1271的功能

三、NCP1271的5种工作模式:

1、正常模式:当VCC电压高于9.1V,且VFB小于3V,NCP1271以固定频率的电流模式做PWM控制。

2、待机模式或Skip−Cycle模式:当负载减小,VFB也减小。当VFB减小到小于Vskip,NCP1271就进入待机模式,在该模式中NCP1271周期性工作,以减小功耗和噪声。当负载增加,VFB也增加,当VFB大于2.85V,NCP1271就退出待机模式,进入正常模式。

待机模式时VCC、VFB关系:

3、错误模式:有两种错误会进入此模式:

1)、当FB引脚悬空(输出电压过载),则下图A点电压=4.8/(16.7+75.3)*75.3=3.93,B点电压=1.31V输入电压比较器的“+”端,电压比较器的“-”输入电压最大为1V,因此电压比较器输出1,持续130ms后,产生短路错误。

2)、当VCC电压跌到了9.1V以下。

在错误模式中,VCC电压会进行“double hiccup”。首先DRV停止输出,因此VCC的电压会自然下降,当下降到5.8V,1271打开内部的FET给VCC充电,充电到12.6V,然后VCC的电压又会自然下降,当下降到5.8V,1271又打开内部的FET给VCC充电,充电到12.6V,这个时候DRV开始输出一段时间,尝试进入正常模式,如果错误解决了,1271就会进入正常模式,否则又会开始循环“double hiccup”直到错误解决。

4、闩锁关闭模式:当1脚的电压高于8V,并持续13us,1271就会进入此模式。在此模式中1271会一直hiccup直到芯片复位。只有当VCC的电压低于4V,1271才会复位。因此错误模式的“double hiccup”是不会让1271复位的。只有给1271掉电,才能让VCC电压低于4V。

5、非闩锁关闭模式:当VFB低于Vskip时进入此模式。在此模式中DRV停止输出。此模式用于外部控制1271的工作状态。

四、VCC电容的选择

在发生过载或FB引脚悬空时,要进入错误模式,此时有130ms的判定时间。如果要使用1271错误模式的功能,则需要保证在130ms内,依靠VCC上的电容能让1271正常工作。假定正常工作时VCC的电压为12.6V,则需要让1271在130ms内VCC的电压高于9.1V。65K频率的1271功耗为2.3mA左右,因此:

要保证VCC上的电容高于85uF。当然VCC的电压高于12.6,比如15V,则此电容值又要重新计算。如果不使用错误模式功能,则没有上面的限制,一般10uF就够了。VCC上的电容如果太小了,会导致1271启动不起来。

五、软启动

当给1271上电,VSS的电压会在4ms内从0V上升到1V,之后就一直保持在1V。VSS和VFB/3输入电压比较器,电压比较器输出结果会控制选择开关来决定VPWM的电压等于VSS还是VFB/3。当VSS大于VFB/3,比较器输出0,VPWM=VFB/3。当VSS小于VFB/3,比较器输出1,VPWM=VSS。因此VPWM等于VSS和VFB/3中的较小值。波形为:

六、电流反馈的PWM控制与RCS的计算

NCP1271的PWM同时带有主绕组电流反馈。电流采样电阻上的电压VCS和VPWM做比较,如果VCS小于VPWM,则比较器输出0,RS触发器的R端输入0,S端输入PWM的斩波(65K或100K)。当R=0,S=1,则Q输出1,控制外部FET打开。当VCS大于VPWM,比较器输出1,R端输入1,S端输入0,则Q端输出0,关闭外部FET。

VPWM最大值为1V,因此VCS最大值也为1V。则根据主绕组最大电流值计算RCS:

七、斜坡补偿与Rramp的计算

为了解决次谐波振荡,1271还带有谐波补偿。次谐波振荡发生在开关频率的一半,并且仅在占空比大于50%的CCM模式发生。为了降低电流环增益,通常注入50%到75%的电流补偿。

上图中的Iramp是一个电流源,它的电流波形为:占空比为80%,幅值为100uA的三角波,且他的周期与斩波周期是同步的。

举个例子来说明他的工作过程,一个开关电源,其主绕组电感Lp=350uH,次级输出电压Vout=19V,次级整流二极管压降Vf=1V,匝数比Np:Ns=10:1。因此OFF阶段,主绕组上的电流斜率等于:

如果电流采样电阻=0.1Ω,那么电压斜率=57.1mV/us。我们注入75%的斜坡补偿,则57.1*75%=43mV/us,因此

一般Rramp在10K以内。

八、频率抖动

一般频率抖动范围在+7.5%到-7.5%之间,抖动周期=6ms。

九、待机模式的设置与Rskip的计算

在待机模式中,通过Vskip和VFB电压值比较来决定DRV是否输出:

因此修改Vskip可以设置待机模式所占的比例。由Vskip=Rskip*Iskip。因此Rskip最终决定了soft-skip的比例。

十、典型原理图

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