安森美半導體的降壓調整器NCP323X：全集成、大電流、寬輸入、高能效

　　NCP323X系列是安森美半導體針對低壓、大電流、小體積，如蜂窩通訊基站、服務(wù)器及系統存儲設備等應用的DC-DC降壓調整器，提供大輸出電流(額定最大輸出電流范圍為15 A至40 A)、寬輸入電壓(3 V 至21 V)范圍，輸出電壓可低至0.6 V，內置過(guò)壓、過(guò)流、短路、過(guò)熱保護等豐富的保護特性，其中創(chuàng )新的過(guò)流保護模式能在負載嚴重短路時(shí)提供可靠保護，高帶寬、大驅動(dòng)電流輸出誤差放大器提供快速的負載瞬態(tài)響應，具有高集成度、高能效等優(yōu)勢。

　　NCP323X系列概覽

　　NCP323X系列目前共有8款產(chǎn)品(見(jiàn)圖1)，其中，NCP3237內部集成超低導通電阻的MOSFET，有效降低工作損耗，提升工作能效，因而支持達40 A的輸出電流，同時(shí)，NCP3237支持的輸入電壓范圍為3 V至18 V，可滿(mǎn)足常用的3.3 V、5 V、12 V、14 V等各種電源總線(xiàn)應用。NCP3231和NCP3233已廣泛用于通訊設備，NCP3233支持3 V至21 V的超寬輸入電壓范圍。NCP3235在輕載時(shí)為非連續導電模式(DCM)，可以有效提升輕載能效。

　　圖1：NCP323X系列輸出電流及輸入電壓范圍

　　NCP323X 采用多晶片平面布局封裝，控制器和功率管分布在平面上的不同區域，熱量分布均勻，上管具有更強的導熱能力。6mm*6mm 的封裝、足夠大的導熱面積，可以更換好將芯片工作時(shí)產(chǎn)生的熱量導入PCB，向外散熱，而1mm的高度，使得芯片到PCB的導熱路徑更小，有助于更好的散熱。

　　25 A同步整流降壓調整器：NCP3231/A

　　NCP3231/A是一款大電流、高能效的電壓控制模式同步降壓調整器。輸入電壓從4.5 V至18 V，支持最低0.6 V、且高達25 A輸出電流。主要特色為：

　　ü 全集成，寬輸入電壓，高能效

　　ü Hiccup打嗝模式故障保護(包括輸出欠壓、輸出過(guò)壓、過(guò)流、短路、過(guò)溫等保護)

　　ü 內部 0.6 V參考電壓，全溫度范圍內+/-1%精度

　　ü 300K, 500K, 1MHz 固定可選開(kāi)關(guān)頻率

　　ü 外部可調軟啟動(dòng)Soft-start時(shí)間

　　ü 外部可調過(guò)流保護點(diǎn)，帶溫度補償的精確過(guò)流保護比較器

　　ü 無(wú)損電流檢測，檢測下管導通電壓，無(wú)需外部電路

　　ü 支持輸出pre-bias預偏置啟動(dòng)：如果軟啟動(dòng)之前輸出有預偏置電壓，上下功率管會(huì )關(guān)斷，直到內部參考電壓上升到和FB電壓相同時(shí)，首先開(kāi)通上管，然后繼續軟啟動(dòng)過(guò)程。輸出電壓在預偏置電壓基礎上繼續上升到設定值，不會(huì )有放電再啟動(dòng)的過(guò)程。如果預偏置電壓比設定的輸出電壓高，上下管會(huì )一直保持關(guān)斷。

　　ü 可調的精確輸入欠壓UVLO保護

　　ü 獨立比較器可以用于其他保護，如過(guò)溫保護等。

　　ü 內建芯片OTP過(guò)溫保護

　　ü 輸出OVP與UVP保護

　　ü 集成30 V耐壓功率場(chǎng)效應管，提供高可靠性

　　ü 24 MHz高帶寬大驅動(dòng)電流誤差放大器提供快速動(dòng)態(tài)響應

　　NCP3231/A的內部框圖如圖2所示。Vcc引腳提供IC邏輯控制部分的電路工作所需的

　　電流，內置LDO能滿(mǎn)足不同的輸入電壓，同時(shí)能為IC內部提供穩定的供電電源。SS引腳和EN引腳分別采用兩個(gè)獨立的管腳實(shí)現，其功能為軟啟動(dòng)設定和使能及輸入欠壓設定，這樣的設計能有效地避免在軟啟動(dòng)過(guò)程中輸出電壓的非單調上升。ISET引腳用于設定輸出限流保護點(diǎn)。對于常規的通過(guò)導通電阻來(lái)檢測并實(shí)現過(guò)流保護的設計方式，其精準度通常不太理想，主要是因為MOSFET的導通電阻會(huì )隨溫度變化而變化。而安森美半導體的NCP323X系列中，專(zhuān)門(mén)設計了一個(gè)適應溫度變化的電流源，該電流源與導通電阻的比例在全溫度范圍內保持恒定，因而可實(shí)現更精準的過(guò)流保護。OTS引腳主要用于IC外部溫度偵測熱保護功能。

　　圖2：NCP3231/A內部框圖

　　NCP3231內置0.6 V參考電壓的 OTS比較器，當檢測到OTS腳電壓大于0.6 V時(shí)，轉

　　換器的上管和下管會(huì )同時(shí)關(guān)斷。當OTS腳電壓低于0.55 V后，轉換器會(huì )重新進(jìn)入軟啟動(dòng)。該比較器可以用于溫度檢測，還可以用于輸出過(guò)壓保護如果不需要溫度檢測，可以將OTS接地。

　　20 A同步整流降壓調整器：NCP3233

　　NCP3233是一款大電流、高能效的電壓控制模式同步降壓調整器。具有從3 V至21 V的超寬輸入電壓范圍，支持最低0.6 V輸出、且高達20 A輸出電流。除了具有NCP3231的優(yōu)勢與特性，NCP3233還具有以下重要特點(diǎn)：

　　ü 更寬的輸入電壓范圍

　　ü 輸出OVP過(guò)壓保護：具有獨特的兩級OVP輸出過(guò)壓保護機制

　　1). NCP3233檢測到FB電壓高于690 mV (115%)，通過(guò)關(guān)閉上管，開(kāi)啟下管降低到額定輸出電壓。此時(shí)PG信號依然為高

　　2). 當NCP3233檢測到FB電壓高于780 mV (130%)，NCP3233關(guān)閉上管，并保持下管持續開(kāi)啟，降低輸出電壓，同時(shí)PG信號拉低;直到FB電壓降低到525 mV，IC進(jìn)入打嗝模式。

　　ü OCP過(guò)流保護精度：有更優(yōu)化的過(guò)流檢測精度。OCP精度較NCP3231提升10%

　　NCP3233內置電荷泵電路(如圖3紅框所示)，所以當輸入總線(xiàn)電壓較低時(shí)，可利用該內

　　置的電荷泵電路將其升高，同時(shí)供給IC內部邏輯和控制電路，以保證芯片能獲得穩定可靠的工作電壓。

　　由于NCP3233芯片的軟啟動(dòng)功能采用獨立的SS 引腳設置，可以通過(guò)調節SS 引腳和GND之間的跨接電容，輕松實(shí)現軟啟動(dòng)時(shí)間的設置。

　　圖3：NCP3233內部框圖

　　NCP3233典型應用電路

　　對于輸入電壓<6 V 的應用場(chǎng)景，NCP3233芯片外部通過(guò)增加兩個(gè)二極管和一個(gè)電容，配合內置的電荷泵控制電路，可將輸入電壓升高后再送給IC的VCC引腳，從而獲得IC內部的工作電源。

　　對于輸入電壓> 5 V 的應用場(chǎng)景，直接用輸入電壓供給VCC引腳，芯片就可穩定啟動(dòng)開(kāi)始工作，無(wú)需使用內部電荷泵電路，因而XCP可懸空處理，無(wú)需作額外的上拉或下拉設置。

　　對于輸入電壓<6 V ，同時(shí)可提供VCC電源的應用，可將芯片的VIN和VCC分別獨立供電。此時(shí)VCC電源的工作電壓范圍為5 V至21 V。

　　圖4：NCP3233典型應用電路

　　NCP3233能效測試曲線(xiàn)

　　經(jīng)測試，輸入電壓為12 V時(shí)，NCP3233輸出電壓為1 V和3.3 V時(shí)的峰值能效分別達到88%和95%，滿(mǎn)載能效分別達到85%和94%;輸入電壓為5 V時(shí)，輸出電壓為1 V和3.3 V時(shí)的峰值能效分別達到93%和97%，滿(mǎn)載能效分別達到88%和95%;輸入電壓為3.3 V時(shí)，輸出電壓為1 V時(shí)的峰值能效達到93%，滿(mǎn)載能效達到86%。

　　圖5：NCP3233能效曲線(xiàn)

　　總結

　　大電流寬輸入范圍DC-DC降壓調整器NCP323X系列是全集成的方案，可有效地減小PCB設計的占板面積，其低導通阻抗減小IC功耗，有效地提升能效，而多重保護方式可有效對IC本身及負載進(jìn)行過(guò)流、短路、過(guò)壓、過(guò)溫等全面的保護，并內置獨立比較器，客戶(hù)可根據需要自定義過(guò)壓、過(guò)溫保護。各種嚴格的場(chǎng)景模擬測試，確保NCP323X系列產(chǎn)品在各種嚴格的應用條件下都能滿(mǎn)足應用要求。平面布局封裝確保有效、均衡地散熱。此外，安森美半導體還提供強大的設計工具，包括電路仿真模型如SIMPLIS、Pspice、 COMPCALC和熱仿真模型如FloTherm PCB，以幫助工程師簡(jiǎn)化設計流程和提高設計效率，加快產(chǎn)品上市。