安森美半導(dǎo)體的降壓調(diào)整器NCP323X：全集成、大電流、寬輸入、高能效

　　NCP323X系列是安森美半導(dǎo)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(tǒng)存儲設(shè)備等應(yīng)用的DC-DC降壓調(diào)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(nèi)置過壓、過流、短路、過熱保護(hù)等豐富的保護(hù)特性，其中創(chuàng)新的過流保護(hù)模式能在負(fù)載嚴(yán)重短路時(shí)提供可靠保護(hù)，高帶寬、大驅(qū)動(dòng)電流輸出誤差放大器提供快速的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)，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(見圖1)，其中，NCP3237內(nèi)部集成超低導(dǎo)通電阻的MOSFET，有效降低工作損耗，提升工作能效，因而支持達(dá)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，可滿足常用的3.3 V、5 V、12 V、14 V等各種電源總線應(yīng)用。NCP3231和NCP3233已廣泛用于通訊設(shè)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(xù)導(dǎo)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(qū)域，熱量分布均勻，上管具有更強(qiáng)的導(dǎo)熱能力。6mm*6mm 的封裝、足夠大的導(dǎo)熱面積，可以更換好將芯片工作時(shí)產(chǎn)生的熱量導(dǎo)入PCB，向外散熱，而1mm的高度，使得芯片到PCB的導(dǎo)熱路徑更小，有助于更好的散熱。

　　25 A同步整流降壓調(diào)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(diào)整器。輸入電壓從4.5 V至18 V，支持最低0.6 V、且高達(dá)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(hù)(包括輸出欠壓、輸出過壓、過流、短路、過溫等保護(hù))

　　ü 內(nèi)部 0.6 V參考電壓，全溫度范圍內(nèi)+/-1%精度

　　ü 300K, 500K, 1MHz 固定可選開關(guān)頻率

　　ü 外部可調(diào)軟啟動(dòng)Soft-start時(shí)間

　　ü 外部可調(diào)過流保護(hù)點(diǎn)，帶溫度補(bǔ)償?shù)木_過流保護(hù)比較器

　　ü 無損電流檢測，檢測下管導(dǎo)通電壓，無需外部電路

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

　　ü 可調(diào)的精確輸入欠壓UVLO保護(hù)

　　ü 獨(dú)立比較器可以用于其他保護(hù)，如過溫保護(hù)等。

　　ü 內(nèi)建芯片OTP過溫保護(hù)

　　ü 輸出OVP與UVP保護(hù)

　　ü 集成30 V耐壓功率場效應(yīng)管，提供高可靠性

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

　　NCP3231/A的內(nèi)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(nèi)置LDO能滿足不同的輸入電壓，同時(shí)能為IC內(nèi)部提供穩(wěn)定的供電電源。SS引腳和EN引腳分別采用兩個(gè)獨(dú)立的管腳實(shí)現(xiàn)，其功能為軟啟動(dòng)設(shè)定和使能及輸入欠壓設(shè)定，這樣的設(shè)計(jì)能有效地避免在軟啟動(dòng)過程中輸出電壓的非單調(diào)上升。ISET引腳用于設(shè)定輸出限流保護(hù)點(diǎn)。對于常規(guī)的通過導(dǎo)通電阻來檢測并實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)的設(shè)計(jì)方式，其精準(zhǔn)度通常不太理想，主要是因?yàn)镸OSFET的導(dǎo)通電阻會(huì)隨溫度變化而變化。而安森美半導(dǎo)體的NCP323X系列中，專門設(shè)計(jì)了一個(gè)適應(yīng)溫度變化的電流源，該電流源與導(dǎo)通電阻的比例在全溫度范圍內(nèi)保持恒定，因而可實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的過流保護(hù)。OTS引腳主要用于IC外部溫度偵測熱保護(hù)功能。

　　圖2：NCP3231/A內(nèi)部框圖

　　NCP3231內(nèi)置0.6 V參考電壓的 OTS比較器，當(dāng)檢測到OTS腳電壓大于0.6 V時(shí)，轉(zhuǎn)

　　換器的上管和下管會(huì)同時(shí)關(guān)斷。當(dāng)OTS腳電壓低于0.55 V后，轉(zhuǎn)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，還可以用于輸出過壓保護(hù)如果不需要溫度檢測，可以將OTS接地。

　　20 A同步整流降壓調(diào)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(diào)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(dá)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過壓保護(hù)：具有獨(dú)特的兩級OVP輸出過壓保護(hù)機(jī)制

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

　　2). 當(dāng)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(xù)開啟，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過流保護(hù)精度：有更優(yōu)化的過流檢測精度。OCP精度較NCP3231提升10%

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

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

　　由于NCP3233芯片的軟啟動(dòng)功能采用獨(dú)立的SS 引腳設(shè)置，可以通過調(diào)節(jié)SS 引腳和GND之間的跨接電容，輕松實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)時(shí)間的設(shè)置。

　　圖3：NCP3233內(nèi)部框圖

　　NCP3233典型應(yīng)用電路

　　對于輸入電壓<6 V 的應(yīng)用場景，NCP3233芯片外部通過增加兩個(gè)二極管和一個(gè)電容，配合內(nèi)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(nèi)部的工作電源。

　　對于輸入電壓> 5 V 的應(yīng)用場景，直接用輸入電壓供給VCC引腳，芯片就可穩(wěn)定啟動(dòng)開始工作，無需使用內(nèi)部電荷泵電路，因而XCP可懸空處理，無需作額外的上拉或下拉設(shè)置。

　　對于輸入電壓<6 V ，同時(shí)可提供VCC電源的應(yīng)用，可將芯片的VIN和VCC分別獨(dú)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(yīng)用電路

　　NCP3233能效測試曲線

　　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(dá)到88%和95%，滿載能效分別達(dá)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(dá)到93%和97%，滿載能效分別達(dá)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(dá)到93%，滿載能效達(dá)到86%。

　　圖5：NCP3233能效曲線

　　總結(jié)

　　大電流寬輸入范圍DC-DC降壓調(diào)整器NCP323X系列是全集成的方案，可有效地減小PCB設(shè)計(jì)的占板面積，其低導(dǎo)通阻抗減小IC功耗，有效地提升能效，而多重保護(hù)方式可有效對IC本身及負(fù)載進(jìn)行過流、短路、過壓、過溫等全面的保護(hù)，并內(nèi)置獨(dú)立比較器，客戶可根據(jù)需要自定義過壓、過溫保護(hù)。各種嚴(yán)格的場景模擬測試，確保NCP323X系列產(chǎn)品在各種嚴(yán)格的應(yīng)用條件下都能滿足應(yīng)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(dǎo)體還提供強(qiáng)大的設(shè)計(jì)工具，包括電路仿真模型如SIMPLIS、Pspice、 COMPCALC和熱仿真模型如FloTherm PCB，以幫助工程師簡化設(shè)計(jì)流程和提高設(shè)計(jì)效率，加快產(chǎn)品上市。