基于NCP1351B的腦電采集儀的電源設(shè)計與研究

隨著全球能源危機的加深，人類節(jié)能環(huán)保意識不斷加強，解決能源的浪費問題需求日趨迫切。世界各國制定相關(guān)電子電器產(chǎn)品的待機功耗要求。目前，歐洲委員會和歐洲消費電子制造商協(xié)會(EACEC)為消費品制定了法律，要求所有的電源產(chǎn)品的最大空栽功耗不得大于0.3 W。

傳統(tǒng)的單端反激式電源采用經(jīng)典的UC3843控制芯片。UC3843是一款脈寬調(diào)制型(PWM)芯片。他是固定開關(guān)頻率，通過改變脈沖寬度來調(diào)節(jié)占空比。其缺點是受驅(qū)動脈沖傳輸延時的影響，負(fù)載變輕時，調(diào)節(jié)范同變窄。

另外輸出端一般要接假負(fù)載，以防止空載時輸出電壓升高。由于上述原因，采用UC3843控制的腦電采集儀電源的待機功耗偏大，無法滿足現(xiàn)代的節(jié)能要求。

安森美公司推出了綠色節(jié)能型芯片NCP1351B，該芯片采用固定峰值電流技術(shù)(類似于固定Ton)，本文采用該芯片設(shè)計的腦電采集儀電源通過降低空載時的工作頻率，滿足了待機低功耗的要求；輸出端不接假負(fù)載，輸出電壓也不會升高，能夠提供高穩(wěn)壓、高精度的電源。

2 NCP1351B簡介

NCP1351B只需要極小的啟動電流(≤20μA)，工作功耗小。其完善的保護功能，可以用來設(shè)計多種用途的電源：如輔助電源；低待機功耗的腦電采集儀電源；電池充電器等。各管腳的功能簡述如下：

FB：反饋輸入端。流進該端的電流決定芯片的工作頻率。

Ct：定時電容。定時電容容量決定無反饋電流時最大工作頻率。

CS：電流檢測端。接外部開關(guān)管的過電流檢測電阻。

GND：地。

DRV：驅(qū)動脈沖輸出端。接開關(guān)管的柵極。

Vcc：電源端。

LATCH：鎖定輸出端。當(dāng)該端電壓超過VLATCH(一般為5 V)，將關(guān)閉驅(qū)動脈沖。

TIMER：定時器設(shè)置端。外接電容，將設(shè)置保護電路的動作時間。NCP1351B具有如下獨特的特性：

(1)類似固定導(dǎo)通時間(Ton)，改變關(guān)斷時間(Toff)的電流模式控制；

(2)極低的啟動電流；

(3)峰值電流補償，減小變壓器的噪音；

(4)可編程峰值電流檢測電壓，實現(xiàn)功耗的優(yōu)化；

(5)具有完善的保護功能，包括帶滯后特性的欠電壓保護(UVLO)、過電流保護(亦稱過載保護，OPP)、過熱保護(OTP)、輸出短路保護、控制環(huán)路的開環(huán)保護等功能；

(6)輕負(fù)載時，增加關(guān)斷時間(Toff)，滿足低待機功耗的要求。

3 NCP1351B的關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1待機工作模式

NCP1351B的待機工作模式基于輕負(fù)載時，反饋電流將減小，改變定時電容Ct的充電電壓，調(diào)節(jié)時鐘比較器翻轉(zhuǎn)的時間，從而改變工作頻率。

從NCP135 1B的反饋輸入端FB端流進光藕傳遞過來的反饋電流。實際上，F(xiàn)B端相對控制地可以等效一個二極管DFB，受控電流源IFB從控制地流出，在RB偏置電阻產(chǎn)生一個負(fù)壓降。此時，時鐘發(fā)生器的比較基準(zhǔn)電壓值大約等于：

在空載或短路時，IFB幾乎接近于0，VCLOCK電壓達(dá)到最高，定時電容的充放電時間將延長，時鐘發(fā)生器的翻轉(zhuǎn)周期(T)將減小(也就是工作頻率增加)。

在峰值電流控制模式下，空載時降低工作頻率。工作頻率會下降到人耳的可聽頻段，產(chǎn)生機械振蕩，很容易發(fā)出音頻噪音。NCP1351B通過固定峰值電流檢測，在輕載時、頻率下降，同時峰值電流大約只有最大峰值的30％，以免變壓器發(fā)生機械振蕩，產(chǎn)生音頻噪音，維持良好的待機能耗表現(xiàn)。

3.2負(fù)電流檢測技術(shù)

3.2.1 正電流檢測技術(shù)的缺點

傳統(tǒng)的電流型控制芯片，一般采用正電流檢測技術(shù)，這種檢測技術(shù)有以下缺點：

(1)無法調(diào)節(jié)峰值電流的檢測電壓，基準(zhǔn)電壓集成在控制芯片內(nèi)部；

(2)門電壓等于驅(qū)動電壓減去峰值電流檢測電阻(Rsense)上的電壓。

如果VCC=7 V，假設(shè)滿載，此時：

(3)MOS管開通時(由于Ciss存在)，在Rsense上會產(chǎn)生一尖峰電壓，干擾控制環(huán)路，使電源穩(wěn)定性降低。而負(fù)峰值電流檢測技術(shù)可以解決上面問題。

3.2.2 電路工作原理

電路工作原理描述如下：

(1)當(dāng)VCS>Vth，電流誤差放大器輸出低電平，不動作。

(2)當(dāng)VCSVth，電流誤差放大器輸出高電平，關(guān)閉驅(qū)動脈沖。

在輕載時，ILp很小，VCS Roffset×ICS。ICS最大值為270μA，通過改變Roffset的阻值，可以減小VCS，調(diào)節(jié)負(fù)峰值電流的檢測電壓。由于控制地與MOS管的源極相連，所以門電壓等于驅(qū)動電壓。