基于安森美半導(dǎo)體NCV8871異步升壓控制器160W設(shè)計(jì)方案

近年直流電產(chǎn)品應(yīng)用越來(lái)越廣泛，一方面隨著應(yīng)用技術(shù)不斷推陳出新，另一方面終端應(yīng)用的功率需求越來(lái)越大，例如: 音訊放大器、直流無(wú)線吸塵器、直流工具機(jī)、車(chē)用電子產(chǎn)品等。這些直流電產(chǎn)品都需要一個(gè)穩(wěn)定的直流電壓輸入，且可以供應(yīng)其所需的功率消耗，此時(shí)就需要一組直流轉(zhuǎn)直流(DC to DC)的轉(zhuǎn)換器提供所需電壓且要滿足其功率要求。再者，近年來(lái)這些直流電產(chǎn)品為了節(jié)能或要提高效率，因此將輸入電壓提高以降低線路上的電流，進(jìn)一步減小電路上的不必要消耗來(lái)達(dá)到提高產(chǎn)品整體的效率。為了將直流電壓提高，這時(shí)就要利用直流升壓轉(zhuǎn)換器Boost Converter)來(lái)達(dá)到提高輸出電壓目的，目前廣泛應(yīng)用到直流升壓轉(zhuǎn)換器的市場(chǎng)包含音訊放大器、直流工具機(jī)、直流無(wú)線吸塵器與車(chē)用救援行動(dòng)等應(yīng)用領(lǐng)域。

       直流升壓轉(zhuǎn)換器已屬于發(fā)展很成熟的架構(gòu)，其應(yīng)用也相當(dāng)廣泛從消費(fèi)性產(chǎn)品、工業(yè)領(lǐng)域到車(chē)用電子都有其應(yīng)用身影，但通常轉(zhuǎn)換器都已將控制器與功率元件整合至同一包裝上，因受限其散熱能力與電流乘載力，所以也限制轉(zhuǎn)換器能提供的功率能力。再者，將控制器與功率元件整合至同一包裝上雖可以縮小其應(yīng)用面積，相對(duì)的轉(zhuǎn)換器本身能提供的功能相對(duì)有限，由于現(xiàn)今的直流產(chǎn)品對(duì)其功率需求越來(lái)越大，并且所需要的保護(hù)功能要求也越來(lái)越多，以直流無(wú)線吸塵器為例，現(xiàn)今功率需求從之前的10幾瓦到目前100~200瓦都有，且須有過(guò)電流、過(guò)溫度保護(hù)等功能，所以直流轉(zhuǎn)直流(DC to DC)控制器就適在大瓦數(shù)的產(chǎn)品應(yīng)用大，且控制器也能提供較完整的功能，例如: 過(guò)電流、過(guò)溫度保護(hù)、欠電壓保護(hù)、短路保護(hù)等機(jī)制，因此本方案就是選用異步升壓控制器(non?synchronous boost Controller)來(lái)提高電壓與提供上百瓦功率應(yīng)用在音訊放大器上。

       本方案是基于安森美半導(dǎo)體(Onsemi Semiconductor) NCV8871異步升壓控制器160W解決方案，安森美半導(dǎo)體NCV是一款近年推出的異步升壓控制器，此控制器采用具有內(nèi)部斜率補(bǔ)償?shù)姆逯惦娏髂Ｊ娇刂?，并在?nèi)部整合一穩(wěn)壓器可為閘極驅(qū)動(dòng)器充電，因此NCV8871是一個(gè)很容易讓使用者上手的升壓控制器。另外，安森美半導(dǎo)體NCV8871也有提供幾個(gè)實(shí)用的功能，第一、NCV8871是一款車(chē)規(guī)等級(jí)的異步升壓控制器，是可應(yīng)用在車(chē)用電子產(chǎn)品領(lǐng)域。第二、NCV8871是一個(gè)SOIC-8包裝，提供一個(gè)常見(jiàn)包裝的控制器。第三、NCV8871整合欠電壓閉鎖、軟啟動(dòng)跟斜率補(bǔ)償機(jī)制，以提供最簡(jiǎn)化的線路。第四、NCV8871提供多種保護(hù)功能，可滿足多種應(yīng)用場(chǎng)合要求。

       本方案是使用安森美半導(dǎo)體(Onsemi Semiconductor) NCV8871異步升壓控制器在18V/160W音訊放大器的解決方案，本方案的輸出電壓變動(dòng)是4%，160KHz的固定切換頻率。在輸入電壓13.2Vdc、輸出電流為5A時(shí)，其效率為85%。圖一、是本案在正常情況下，其升壓開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)訊號(hào)跟電壓應(yīng)力波形，其切換頻率為169.6KHz。圖二、是本案在帶載下的啟動(dòng)波形，從輸出電壓可以看出其啟動(dòng)時(shí)間為3ms且有軟啟動(dòng)的的機(jī)制在。圖三、是本方案18V/160W的展示板，其線路是相當(dāng)簡(jiǎn)潔的，使用這只要計(jì)算升壓電感(Boost Choke) 與挑選適當(dāng)?shù)纳龎洪_(kāi)關(guān)(Boost MOSFET)、升壓二極體(Boost Diode)，NCV8871是一款相當(dāng)容易使用的異步升壓控制器。

圖一、本案升壓開(kāi)關(guān)元件的波形

圖二、本案啟動(dòng)輸出電壓波形

圖三、本案展示板零件的配置

?場(chǎng)景應(yīng)用圖

?產(chǎn)品實(shí)體圖

?展示板照片

?方案方塊圖

?核心技術(shù)優(yōu)勢(shì)

1. 車(chē)規(guī)等級(jí)IC 2. 固定頻率操作 3. 提供致能腳位(Enable pin) 4. 具有內(nèi)部斜率補(bǔ)償?shù)姆逯惦娏髂Ｊ娇刂? 5. 寬輸入電壓范圍3.2V ~ 40Vdc與40 V 負(fù)載突降 6. 提供內(nèi)部軟啟動(dòng) 7. 提供Thermal Shutdown、UVLO、OCP、SCP、Cycle-by Cycle電流限制等保護(hù)功能

?方案規(guī)格

1. 輸入電壓: 4.5Vdc ~ 18Vdc 2. 輸出電壓: 18Vdc 3. 輸出電壓精準(zhǔn)度: +/- 4% 4. 最大輸出電流: 9A 5. 效率: 85% (輸入電壓=13.2V ; 輸出電流=5A) 6. 輸入電壓損定(UVLO): 3.8V 7. 170 kHz固定操作頻率 8. 外部時(shí)脈同步高達(dá) 340 kHz 9. 可承受 40 V 負(fù)載突降 10. 展示板PCB尺寸LxWxH= 112 mm x 90 mm x 12.5 mm