NCP1014非隔離線路的應(yīng)用解決方案

　　安森美半導(dǎo)體公司推出的電源管理芯片NCP101X 除了在小功率AC-DC的轉(zhuǎn)換應(yīng)用外，可以用來設(shè)計(jì)取代家用電器及工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域小功率線性電源。它不僅可以去掉體積大成本高的變壓器，而且克服了阻容降壓式線性電源負(fù)載特性差等缺點(diǎn)。NCP101X系列包含NCP1010、NCP1011、NCP1012、NCP1013和NCP1014等型號(hào)，具有PDIP-7、PDIP-7GULL WING、SOT-223 三種封裝，最大電流450mA，適用于家用電器以及LED驅(qū)動(dòng)器等。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了該方案的有效性和實(shí)用性。

NCP101X系列開關(guān)電源管理芯片的性能特點(diǎn)

1. NCP101X系列構(gòu)成非隔離式需要的外圍元件較少的節(jié)能開關(guān)電源，與傳統(tǒng)的解決方案相比，不僅比電容降壓式線性穩(wěn)壓電源更高的效率，而且具有更大的輸出能力。較傳統(tǒng)的線形變壓器相比，體積小、性能高,而且更加廉價(jià)。
2. NCP101X系列可設(shè)計(jì)成隔離/非隔離的輸出降壓電路，LED恒流驅(qū)動(dòng)電路等，滿足不同戶的需要。
3. 輸入交流電壓范圍寬，此設(shè)計(jì)中，在AC60V~300V范圍內(nèi)能具有良好的電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率。
4. NCP101X系列具有可選擇的開關(guān)頻率(65K/100K/130K)，抗干擾能力強(qiáng)，待機(jī)功耗小，具有頻率抖動(dòng)和動(dòng)態(tài)自供電等功能。
5. NCP101X系列保護(hù)功能完善，具有短路自動(dòng)重啟、限流、過熱、限制Duty等保護(hù)線路。

NCP1014非隔離線路的典型應(yīng)用

　　NCP1014構(gòu)成的非隔離開關(guān)電源電路如圖1所示，輸入交流60V~264V，輸出直流12V/120mA，功率為1.5W，峰值功率2W，輸出電感為普通的工字型電感。該線路適用于空調(diào)、洗碗機(jī)、電飯煲等家用電器的控制電源，也可以做夜間照明、LED驅(qū)動(dòng)、智能化電能表以及住宅熱控制器等允許使用非隔離電源的場合。

圖1：NCP1014構(gòu)成的非隔離開關(guān)電源電路

　　其中，輸入部分由可熔斷電阻器RT，整流二級(jí)管D1、D2，電容C1、CX以及電感L組成。電源調(diào)整部分由NCP1014，穩(wěn)壓二極管ZD1，二極管D4、D5，電感L1以及三極管2N4401/2N3904等組成。電感L1的極限電流是由NCP1014的最大電流來限制。由于D5與D4的壓降相同，所以C3能很好的跟蹤輸出電壓變化，在ZD1與三極管對(duì)FB的控制下，調(diào)節(jié)穩(wěn)定輸出電壓。

電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1. 續(xù)流二極管D5，線路在連續(xù)或者不連續(xù)模式工作時(shí)，一般選擇超快恢復(fù)二極管。UF4005/MUR160屬于超快恢復(fù)二極管，能滿足上述兩種工作模式的需要。如果使用快恢復(fù)二極管，因反向恢復(fù)時(shí)間為幾百ns，除產(chǎn)生上升沿很高的尖峰電流使轉(zhuǎn)換周期提前結(jié)束，使輸出無法達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，而且過高的尖峰電流會(huì)產(chǎn)生的損耗和電磁干擾問題。
2. 反饋二極管D4，反饋二極管D4可選用廉價(jià)的整流管，如1N4005型整流管或者M(jìn)UR160等，但最好采用玻封管，這種管子的反向恢復(fù)時(shí)間較短。此外，應(yīng)保證D4和D5的正向壓降相等。
3. 電感L1，推薦L1采用帶鐵氧體磁芯的電感，以降低成本并減小音頻噪聲。L1的電感量應(yīng)大于或等于設(shè)計(jì)值，所能承受的有效值電流也要留出一定余量。此設(shè)計(jì)為采用為市場上常用的普通工字型電感，標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)值為1.16mH(1.0v/1.0kHZ).如果希望電路能有較強(qiáng)的帶載能力，可以選擇Coilcraft型號(hào)為RFB0810−152，最大可以支持400mA的電流輸出。
4. 輸出級(jí)濾波電容C4,C4的主要作用是平滑濾波。鑒于輸出的紋波電壓與C4的等效串聯(lián)電阻(ESR)呈函數(shù)關(guān)系，因此，要盡量選擇低ESR的電容。
5. 反饋穩(wěn)壓二極管(ZD1)和電阻(R1，R2)以及三極管Q2和電容C3、C4。C3、C4過大，影響空載和待機(jī)損耗；過小，反饋環(huán)路不穩(wěn)定，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，C3選擇為3.3uF-10uF；C4為220pF左右。Q2為較常用的NPN三極管,如2N4401/2N3904等。R1、R2影響輸出的精度,可以選擇220±5％的電阻。

演示板描述

1)電路板布局，此設(shè)計(jì)為單層電路板，下層是銅鉑，上層是絲網(wǎng)印刷面，演示板PCB如圖2，電路板尺寸為45.9mm×20.1mm。圖3是實(shí)物圖。

圖2：非隔離開關(guān)電源電路演示電路板

圖3：非隔離開關(guān)電源電路設(shè)計(jì)實(shí)物圖

2) 測試報(bào)告。

A. 基本功能測試(常溫下老化30分鐘)，見表1。

表1：基本功能測試報(bào)告

B. 輸出在輕載和滿載時(shí)過沖與下降波形。

測試結(jié)果：在空載和帶載情況下，輸出電壓過沖小于±10%(如圖4)

圖4：輸出在輕載和滿載時(shí)過沖與下降波形

C. 表2列出了開發(fā)所需要的物料清單。

表2：開發(fā)所需要的物料清單。

結(jié)束語：

　　安森美半導(dǎo)體是全球高性能電源解決方案的領(lǐng)先供應(yīng)商，NCP系列單片開關(guān)電源管理芯片為各種中小功率的各種電源提供了解決方案,具有性能先進(jìn)、使用靈活、電路簡單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。

供稿：深圳富友勤電子有限公司，安森美半導(dǎo)體