NCP1402系列是安森美(Onsemi)公司生产的微功率PFM(脉冲频率调制)DC-DC升压变换器,专为利用一节或两节电池供电的便携式装置如手机而设计的。NCP1402系列共包含5个型号(带5种不同的后缀),最多仅需要4只外部元件和消耗仅约30
A(Vout=1.9V)的工作电流，输出1.9 5.0V的升压电压,输出电流容量达200mA(Vin=2V,Vout=3V)。NCP1402系列的典型应用主要包括手机、寻呼机、PDAs、音频MP3、电子游戏机、数码相机和手持仪器等便携式装置。
主要特点
NCP1402系列的主要特点如下:
(1)采用微型5脚TSOP封装(引脚排列见图１),其中脚CE(脚1)提供赋能或关闭,脚OUT(脚2)用作施加电源电压和监视输出电压,脚LX(脚5)是内部MOSFET漏极,脚GND(脚6)接地,脚NC(脚3)未连接。
(2)履行低噪声可变化频率电压模式DC-DC升压操作。
(3)能将低至0.8V的电池电压升压,一旦CE脚上的电压低于0.3V,芯片则进入关闭模式。
(4)NCP1402系列的5个型号分别带19T1、27T1、30T1、33T1和50T1后缀,输出电压分别为1.9V、2.7V、3.0V、3.3V和5.0V,精度不大于
2.5%,纹波仅约30mV,系统效率达85%。
工作原理
NCP1402系列器件在芯片上集成了软启动电路、反馈电阻器、参考电压、PFM振荡器、PFM比较器、PFM控制器、MOS栅极驱动器、功率开关MSOFET和电流限制电路,内部结构如图1所示。
NCP1402在连续传导模式(CCM)下随可变化频率操作,执行电压型DC-DC升压调整。输出电压经反馈电阻通过PFM比较器监测。当反馈电压高于参考电压时,功率开关(MOSFET)截止。若反馈电压低于参考电压,MOSFET则由截止轮转到导通,外部电感器中的电流增加。在MOSFET关断时,在电感器中的贮能传递到输出滤波电容器和负载。当电感器流过大电流时,在输出电容器中存储电荷,尔后停止输出电压,直到下一个开关周期启动为止。
芯片CE脚提供使能/截止功能。当VCE≥0.9V时,芯片被赋能,进入正常操作。如果VCE<0.3V,芯片关闭,仅消耗非常小的电流。若CE脚浮置,IC也可被固定于使能状态。
NCP1402内置软启动电路,能将施加于芯片上的电压在固定占空因数上使输出电压泵送至1.5V的电平上,使变换器可以正常操作。芯片最低启动电压仅为0.8V,软启动时间约2ms。NCP1402启动之后,MOSFET开始开关运行,最大占空比Dmax为70
85%,并且其漏极电压(VLX)不大于0.6V。如果通过MOSFET的电流超过350mA的门限电平,电流限制器通过PFM控制器终止MOSFET导通。
典型应用及元件选择
NCP1402仅需外加4个元件(其中输入电容C1可随意选择),即可组成如图2所示的DC-DC升压变换器电路。这种工作于CCM的升压变换器,有关参量计算公式如附表所列。
L:电感器电感值,IPK峰值电感电流;Imin,最小电感电流;toff:截止时间;△Q:COUT在充电时存储电荷量;Vripple:输出纹波电压;IO:DC输出期望值;Iomax:最大DC输出电流期望值;VOUT:DC输出电压期望值;VF:二极管D1正向压降;VS:MOSFET饱和压降;ESR:C2等效串联电阻;M:经验系数(当VOUT≥3V时,M=8
10-6;当VOUT<3V时,M=5
10-6)。
根据附表所列的计算公式及经验,元件选择如下:
(1)电感器L1:在L1较小时,输出电流较大,但会产生较大纹波,并影响变换器效率。L1电感值较大时,有利于减小输出纹波和提高变换器效率,但输出电流受到限制,并增大电感器体积。折衷考虑,L1选择47
H的表面贴装元件,并要求其直流电阻小于1 ,饱和电流远大于其峰值电流。推荐选用CD54-470K型电感器(47 H/0.72A)。
(2)二极管D1:选用肖特基二极管(如MBR0520LT1),要求VF<0.3,额定电流大于IPK,反向击穿电压高于VOUT。
(3)输入电容C1:根据输入源阻抗可随意选择,通常选用低ESR的10 F钽电容器或陶瓷电容器。
(4)输出电容C2:可选用ESR=0.15 0.30 的47 68 F钽电容器,也可以采用两只22 F的SMD电容器并联使用。
图2所示的应用电路仅有5个元器件,在PCB板上仅占用20mm×20mm的面积。 |
