采用NCP1205构成的反激变换器研究与仿真

.概述

　　NCP1205是安森美公司最新推出的一种单端PWM控制器。它集成了一个电流控制调节器和一个去磁检测器以确保电路在准谐振模式下，无论在任何负载和任何线性条件下都能够工作在不连续状态(DCM)并且能够使开关管实现谷底开通(即开通时损耗最小)。通过其固有的变频模式（VFM），控制器能够在输出功率需求降低时，减小其运行频率且维持其电流峰值不变。通过应用这种独特的频率变化技术，NCP1205成为了小功率集成开关电源的先驱。谷底开通这种独特的技术确保了在空载时最小的开关损耗和最低的功率损失。NCP1205有8脚和16脚两种结构，文中选取8脚结构作为介绍对象，图1及下表为其引脚名称和功能描述。

2.NCP1205的特性

1.准谐振工作时，自然谷底开通有利于减小EMI
2.轻载时平滑的频率变换有利于减小待机功率和纹波
3.最大开关频率可调
4.电流传感输入内部前沿消隐（LEB）带有200ns延时，因而大大提高了芯片的抗干扰能力；
5.驱动器输出源电流/镜电流均为250mA
6.工作电压范围宽8～36V（最高可达45V）
7.欠压锁定(UVLO)范围宽7.2～15V
8.自动恢复短路保护(OCP)
9.内置3mA的启动电流源
10.电流控制模式
11.过电压等级可调
12.有8脚和14脚两种封装形式

3.NCP1205的工作原理

　　额定输出功率时，电路工作在传统的电流模式下，这时，电流峰值是由反馈信号确定的。在维持开关频率恒定的同时，每一周的启动都是在初级去磁结束时开始的（谷底开通Valley Switching）此时，系统工作在介于连续（CCM）和断续（DCM）之间的临界模式（BCM）下。当输出功率降低时，自然开关频率升高，这样必然会使开关损耗增加，降低开关电源的效率。为了解决这个问题，NCP1205将其最大开关频率钳位在125KHz。当在BCM模式运行下，开关频率达到其钳位值时，开关频率的控制由NCP1205内部的压控振荡器(VCO)接管，开关频率开始下降，这时电路工作在变频模式（VFM）. 无论在BCM或VFM模式下，控制器都对开关进行谷底开通，以确保损耗最小。值得注意的是在VCO接管前后的这段转换期间，峰值电流是不固定的，而是随着输出功率的减小而减小的。当峰值电流减小到最小值（250mA/Rsense）时，开关频率继续下降直到0Hz(此时IC停止工作)。因此, NCP1205成为了国际能源协会推荐的应用于待机功率的最佳芯片。

4.工作频率的确定

　　要得到谐振工作频率，我们首先要确定开关周期。开关周期主要由三部分组成：开通时间Ton,关断时间Toff和延迟时间Tw.

5.设计实例

　　本文利用QR技术设计了一个120W的AC/DC开关电源，其技术要求为：交流输入电压85～240V,直流输出电压20V. 传统的缓冲电路采用的是RCD及RC尖峰吸收电路，虽然它可以使功率开关管的耐压要求降低，但由于缓冲电路损耗太大，发热严重，需要用大功率电阻和高压高频大容量电容器，这又使得机内局部区域温度升高，影响周围半导体器件，降低工作可靠性。因此，本文采用了一种新型的软缓冲电路，它利用增加的电容器构成谐振换流电路，它结合电流型PWM控制,以最简单的无源软缓冲方式，最少的附加元器件、较少的附加损耗完成对电子开关高速关断感性负载的暂态缓冲并能消除输出二极管的反向恢复不良所产生的电路缺陷。本实验采用SIMetrix软件进行仿真，其仿真电路如图所示。

6.结论

　　图2可以看出在去磁检测出现高电平后稍有延迟MOSFET便触发导通。每次触发都是在监测到去磁成功后发生的。这样便可避免变压器因去磁不完全而饱和。图3示MOSFET关断后，变压器两端的电压反向，变压器将原边存储的能量传递到变压器的副边，当变压器去磁后，电路工作在谐振状态，Vds的波形接近正弦。正弦的最低点，我们称之为谷底（Valley）,如果开通的时候正好在这些谷底的中心，我们就能使电路的开通损失降到最低，如果选择得当，在Vds刚好降到0的时候开通，我们便能实现零电压转换即ZVS.不同的输入输出条件，决定了恢复时间的不同，NCP1205提供了平滑的频率变换，确保了电路在不同条件下都能实现谷底开通。降低了开通损耗，从而提高了效率.

参考资料[1]张占松，蔡宣三，开关电源的原理与设计，北京：电子工业出版社，1999
[2]汪洋，林海青，常越，反激式准谐振开关电源工作频率确定及电源研制，电力电子技术，2005
[3]毛兴武，刘永良，以QR操作和软频率折弯为特征的单端PWM控制器NCP1205及其应用,国外电子元器件，2003
[4]王志强，高频开关电源，华南理工大学电力学院，2002
[5]林周不，张文雄，林元尊，反激性开关电源的软缓冲技术，电力电子技术，2001