创新的节能技术(NCP4303)

1、创新的节能技术(NCP4303)有关能效问题Source: Energy Information Administration能源统计1990 2005Demandup +59%Productionup +40%更多电厂和更多污染能效: 采用高科技消耗更少的能源达到相同的任务节制: 改变生活方式用更少的能源:选择?Source: Energy Star全球能效标准China CNIS,China CSC (ex-CECP)Japan Top RunnerJapanEco MarkAustralian Greenhouse OfficeCalifornia EnergyCommissionEur

2、opeCode of Conduct,EuP Ecodesign,Eco-LabelENERGY STARKorea e-StandbyCanada OE, CE, & more Europe: Code of Conduct EuP Ecodesign,Eco-LabelUS ENERGY STAR OE, EPS CA Energy Commission South Korea EPS Japan China CNIS OE EPS Taiwan OE Australia OE, CE, EPS New Zealand OE, CE EPS: External Power Supplies

3、OE: Office EquipmentCE: Consumer Electronics不同功率的拓扑结构Increasing Power Levelsforwardflyback2-transistor forwardLLC HB resonant topology拥有丰富的产品软开关拓扑范例（1）准谐振MOSFET turns on when VDS(t) reaches its minimum value.Minimizes switching lossesImproves the EMI signatureMOSFET turns on in first valleyMOSFET tu

4、rns on in second valleyvalley软开关拓扑范例（2）正激有源钳位Active clamp forward topology operationSwitching losses (turn-on)Valley Switching to reduce switching lossesSeries Resonant LLC Half BridgeSwitching losses = 0 ZVSLmagLrCrBFlux Density (T)HMagnetic FieldStrength (A.t/m) BFlux Density (T)HMagnetic FieldStr

5、ength (A.t/m)Better utilization of magnetics软开关拓扑范例（3）半桥谐振半桥谐振的优点Series type of resonant converter that allows operation over relatively wide input voltage and output load rangesLimited number of components: resonant tank can be partially or fully integrated into main transformerZero Voltage Switchi

6、ng (ZVS) condition for the primary switches under all load conditionsZero Current Switching (ZCS) for secondary rectifier under all load conditionsSimple synchronous rectification (SR) implementation性价比高，高效且低EMI同步整流基本原理Sprim VDRV(t)Ssync Vsync(t)负载tdelay输出电容(Cout)Ssync体二极管(Body diode)MOSFET通道Sprim开关

7、电源次级端同步整流(SR)原理及NCP4303 SR驱动器应用设计The NCP4303 is a versatile full featured controller and drive for synchronous rectification in switch mode power supplies with high efficiency requirements.Externally adjustable min. on and min. off timesLow turn off delay and high sink currentTrue secondary zero cur

8、rent detectionFights ringing and dropouts induced by PCBExcellent use of switching cycle for high efficiencyWide Vcc range up to 30 V allows use with 24V outputs40ns turn off delay from current sense input to driverInterface to external signal for CCM modeTrigger input to enter standby, low consumpt

9、ion mode5 A / 2.5 A peak sink / source drive capabilityParasitic Induction Compensation500 kHz maximum operating frequency Notebook AdaptersHigh Power AC/DC AdaptersUltra Slim Flat TVGaming ConsolesATX power suppliesNCP4303A/B 次级端同步整流驱动器NCP4303ADR2G, NCP4303BDR2GSOIC-8Diver Clamp Voltage: A = 12 V,

10、B = 6 V电源段选择 应用同步整流(SR)的理据高于特定输出功率时，同步整流能够大幅提升能效计算出来的1个肖特基二极管的损耗计算出来的1个同步整流MOSFET(含驱动)的损耗输出功率的1.4 %(注1)输出功率的2.17 %(注1)输出功率的2.33 %(注1)此时应当关闭同步整流注1：计算针对的是2个SR整流器- 支持在连续导电模式(CCM)和不连续导电模式(DCM)应用中工作- 真正的次级零电流检测(ZCD)，带可调节阈值- 自动寄生电感补偿- 从电流感测(CS)电阻到驱动器有40 ns的关闭延迟- 在CCM模式下提供至外部信号的接口- 以触发器输入进入待机模式- 可调节最小导通时间，

11、与Vcc电平无关- 可调节最小关闭时间，与Vcc电平无关- 5 A / 2.5 A峰值电流驱动能力- 电压范围高达30 V12 V或6 V的门驱动钳位电压- 低启动电流消耗和低待机电流消耗- 最大工作频率可达500 kHzNCP4303同步整流控制器关键持性NCP4303引脚功能说明引脚编号引脚名称功能引脚功能说明1VccSupplies the driverVcc supply terminal of the controller. 2Min_toffMinimum off time adjustAdjust the minimum off time 3Min_tonMinimum on t

12、ime adjustAdjust the minimum on time 4TRIG/DisableForced reset inputThis input turns off the SR MOSFET. Activates sleep mode if pulled up for more than 100 us.5CSCurrent sense of the SR MOSFETThis pin detects if the current flows through the SR MOSFET and/or its body diode. Resistor in series with t

13、his pin adjusts the turn-off current level threshold.6COMPIC analog groundUse as a Kelvin connection to auxiliary compensation inductance. If SR MOSFET package parasitic inductance compensation is not use, connect this pin to GND.7GNDIC groundGround connection for the SR MOSFET driver and Vcc decoup

14、ling capacitor. Connection ground for minimum ton, toff adjust resistors and trigger input 8DRVGate driver outputDriver output for the SR MOSFET. NCP4303: 器件框图及关键功能说明最小导通(ON)和关闭(OFF)时间调节精确的零电流检测，带可调节阈值自动寄生电感补偿在CCM模式下提供至外部信号的接口或关闭工作NCP4303: 应用NCP4303能用于连续导电模式(CCM)、不连续导电模式(DCM)、准谐振(QR)模式，及反激、正激和其它拓扑结构

15、。以PCB走线搭接(trace strap)创建补偿电感最小导通/关闭时间调节NCP4303: 应用NCP4303: 应用源自初级端驱动器的触发器信号需要最小导通/关闭时间会导致控制器关闭会导通控制器导通NCP4303可编程最小导通及关闭时间功能提供消隐特性(blanking)，防止 振铃期间开关MOSFET漏极振铃会导致同步整流控制器出现不需要的开关典型MOSFET开关特性最小导通/关闭时间计算在出现最小导通时间和/或最小关闭时间偶然对地短路的情况下，绝对最小导电时间时长内部钳位为300 ns，最小关闭时间时长内部钳位为620 ns最大关闭时间和最大导通时间为4.8 sTon_min = 1

16、00*10-12 *RT_on_min Toff_min = 100*10-12 *RT_off_min NCP4303零电流检测(ZCD)1) 次级电压绕组反相。二极管D1导电，MOSFET M1的漏电压降至-1 V2) SYNC/CS引脚输出100 A电流，这电流在Rshift_cs电阻两端产生电压导通/关闭阈值可调节3) SYNC/CS引脚上的电压低于 Vth_cs时，DRV导通4) 电流降低时，漏电压增加到高于Vth_cs阈值，MOSFET关闭- 1V +Vcs Vth_csVcs 能效降低频率或dIsec(t)/dt越高，能效下降得越多寄生电感效应使用了极低导通阻抗(Rds_on)的

17、MOSFET时，这个问题变得很严重Vth_zcd= 0 mV的SR控制器Vth_zcd= -5 mV的SR控制器ZCD阈值电压为0 mV的SR控制器为SR MOSFET提供更长的导电周期NCP4303寄生电感补偿特意在电路板上增加补偿电感， Lcomp = Ldrain + Lsource两个感测端子产生补偿电压，调整电流感测比较器的阈值电压在Lcomp=Ldrain+Lsource(易于确保能够极佳地再现)的情况下，SR MOSFET封装的寄生电感得到完全补偿，系统能够仅根据SR MOSFET导通阻抗，精确地检测次级电流此ZCD系统不会随着di(t)/dt变化而变化如果忽略Lcomp，此ZC

18、D系统完全兼容于当今的ZCD系统。COMP和GND引脚需要短路，且IC的GND引脚必须直接连接至SR MOSFET源极NCP4303寄生电感补偿能在电路板上或使用线搭接(wire strap)提供补偿电感SR MOSFET门电压次级电流由于采用了专利的NCP4303寄生电感补偿技术，导电周期延至最长NCP4303寄生电感补偿采用寄生电感补偿时能效提高已补偿 = 使用了寄生电感补偿；未补偿 = 未使用寄生电感补偿12 V / 20 A LLC应用MOSFET器件B在满载VDCin=350 V、未使用补偿时的波形Ch1- Gate Q6 (DRV IC2)Ch2- Gate Q1 (DRV IC1

19、)Ch3- Current in Drain Q6Ch4- Current in Drain Q1由于未补偿TO220封装寄生电感，驱动器在初期关闭。FET B由于导通阻抗更低、寄生电感有更大影响，情况更糟糕。Ch1- Gate Q6 (DRV IC2)Ch2- Gate Q1 (DRV IC1)Ch3- Current in Drain Q6Ch4- Current in Drain Q1驱动器差不多在零电流时关闭 = 能效提升至最高。MOSFET器件B在满载VDCin=350 V、使用了补偿时的波形NCP4303触发器输入两种潜在应用：在轻载期间，同步整流的能效可能比传统整流方法低，因为M

20、OSFET压降减小提供的导电损耗优势被开关损耗所抵消，开关频率在轻载时增加的HB LLC拓扑结构犹为如此。2) 轻载条件下关闭1) CCM应用中的初级端关闭控制NCP4303在CCM应用中触发触发器在从最小关闭时间的末期到最小导通时间的末期之间消隐，目的有两个：抑制输入噪声，避免开关电源布线中的寄生振铃半桥(HB)和HB LLC应用中，在同步脉冲太宽、每个开关周期出现两次时，避免门驱动器错误关闭 TRIG信号的上升沿触发驱动关闭 从触发器到驱动输出的传播延迟为12 ns (典型值)NCP4303休眠模式 当Trig/Disable拉至高于1.5 V电平时,驱动器关闭 如果TRIA维持高电平的时

21、间超过100 s，NCP4303进入休眠模式- 电流消耗降低至390 A TRIG信号释放时，NCP4303在500 ns内恢复工作NCP4303休眠模式Trig/disable输入的工作波形 器件休眠模式过渡Trig/disable输入的工作波形 器件唤醒过渡简单及无噪声的导通/关闭控制驱动器钳位选择某些SR MOSFET提供低通道阻抗以降低门电压，从而提供较低门电压钳位的优势其它SR MOSFET要求较高的门电压NCP4303提供两种门钳位电压：6 V (B版本)和12 V (版本)某SR MOSFET的理论损耗为输出电流的函数评估板 240 W - 12 V, 20 A 双电感加单电容(LLC)拓扑结构 旨在用于ATX电源或一体机应