NCP323X 系列是安森美半导体针对低压、大电流、小体积,如蜂窝通讯基站、服务器及系统存储设备等应用的 DC-DC 降压调整器,提供大输出电流(额定最大输出电流范围为 15 A 至 40 A)、宽输入电压(3 V 至 21 V)范围,输出电压可低至 0.6 V,内置过压、过流、短路、过热保护等丰富的保护特性,其中创新的过流保护模式能在负载严重短路时提供可靠保护,高带宽、大驱动电流输出误差放大器提供快速的负载瞬态响应,具有高集成度、高能效等优势。


NCP323X 系列概览


NCP323X 系列目前共有 8 款产品(见图 1),其中,NCP3237 内部集成超低导通电阻的 MOSFET,有效降低工作损耗,提升工作能效,因而支持达 40 A 的输出电流,同时,NCP3237 支持的输入电压范围为 3 V 至 18 V,可满足常用的 3.3 V、5 V、12 V、14 V 等各种电源总线应用。NCP3231 和 NCP3233 已广泛用于通讯设备,NCP3233 支持 3 V 至 21 V 的超宽输入电压范围。NCP3235 在轻载时为非连续导电模式(DCM),可以有效提升轻载能效。

 



图 1:NCP323X 系列输出电流及输入电压范围


NCP323X 采用多晶片平面布局封装,控制器和功率管分布在平面上的不同区域,热量分布均匀,上管具有更强的导热能力。6mm*6mm 的封装、足够大的导热面积,可以更换好将芯片工作时产生的热量导入 PCB,向外散热,而 1mm 的高度,使得芯片到 PCB 的导热路径更小,有助于更好的散热。


25 A 同步整流降压调整器:NCP3231/A


NCP3231/A 是一款大电流、高能效的电压控制模式同步降压调整器。输入电压从 4.5 V 至 18 V,支持最低 0.6 V、且高达 25 A 输出电流。主要特色为:


 全集成,宽输入电压,高能效
 Hiccup 打嗝模式故障保护(包括输出欠压、输出过压、过流、短路、过温等保护)
 内部 0.6 V 参考电压,全温度范围内+/-1%精度
 300K, 500K, 1MHz 固定可选开关频率
 外部可调软启动 Soft-start 时间
 外部可调过流保护点,带温度补偿的精确过流保护比较器
 无损电流检测,检测下管导通电压,无需外部电路
 支持输出 pre-bias 预偏置启动:如果软启动之前输出有预偏置电压,上下功率管会关断,直到内部参考电压上升到和 FB 电压相同时,首先开通上管,然后继续软启动过程。输出电压在预偏置电压基础上继续上升到设定值,不会有放电再启动的过程。如果预偏置电压比设定的输出电压高,上下管会一直保持关断。
 可调的精确输入欠压 UVLO 保护
 独立比较器可以用于其他保护,如过温保护等。
 内建芯片 OTP 过温保护
 输出 OVP 与 UVP 保护
 集成 30 V 耐压功率场效应管,提供高可靠性
 24 MHz 高带宽大驱动电流误差放大器提供快速动态响应


NCP3231/A 的内部框图如图 2 所示。Vcc 引脚提供 IC 逻辑控制部分的电路工作所需的
电流,内置 LDO 能满足不同的输入电压,同时能为 IC 内部提供稳定的供电电源。SS 引脚和 EN 引脚分别采用两个独立的管脚实现,其功能为软启动设定和使能及输入欠压设定,这样的设计能有效地避免在软启动过程中输出电压的非单调上升。ISET 引脚用于设定输出限流保护点。对于常规的通过导通电阻来检测并实现过流保护的设计方式,其精准度通常不太理想,主要是因为 MOSFET 的导通电阻会随温度变化而变化。而安森美半导体的 NCP323X 系列中,专门设计了一个适应温度变化的电流源,该电流源与导通电阻的比例在全温度范围内保持恒定,因而可实现更精准的过流保护。OTS 引脚主要用于 IC 外部温度侦测热保护功能。

 



图 2:NCP3231/A 内部框图


NCP3231 内置 0.6 V 参考电压的 OTS 比较器,当检测到 OTS 脚电压大于 0.6 V 时,转
换器的上管和下管会同时关断。当 OTS 脚电压低于 0.55 V 后,转换器会重新进入软启动。该比较器可以用于温度检测,还可以用于输出过压保护如果不需要温度检测,可以将 OTS 接地。

 

20 A 同步整流降压调整器:NCP3233


NCP3233 是一款大电流、高能效的电压控制模式同步降压调整器。具有从 3 V 至 21 V 的超宽输入电压范围,支持最低 0.6 V 输出、且高达 20 A 输出电流。除了具有 NCP3231 的优势与特性,NCP3233 还具有以下重要特点:


 更宽的输入电压范围
 输出 OVP 过压保护:具有独特的两级 OVP 输出过压保护机制
1). NCP3233 检测到 FB 电压高于 690 mV (115%),通过关闭上管,开启下管降低到额定输出电压。此时 PG 信号依然为高
2). 当 NCP3233 检测到 FB 电压高于 780 mV (130%),NCP3233 关闭上管,并保持下管持续开启,降低输出电压,同时 PG 信号拉低;直到 FB 电压降低到 525 mV,IC 进入打嗝模式。
 OCP 过流保护精度:有更优化的过流检测精度。OCP 精度较 NCP3231 提升 10%


NCP3233 内置电荷泵电路(如图 3 红框所示),所以当输入总线电压较低时,可利用该内
置的电荷泵电路将其升高,同时供给 IC 内部逻辑和控制电路,以保证芯片能获得稳定可靠的工作电压。


由于 NCP3233 芯片的软启动功能采用独立的 SS 引脚 设置,可以通过调节 SS 引脚 和 GND 之间的跨接电容,轻松实现软启动时间的设置。

 



图 3:NCP3233 内部框图

 

NCP3233 典型应用电路


对于输入电压<6 V 的应用场景,NCP3233 芯片外部通过增加两个二极管和一个电容,配合内置的电荷泵控制电路,可将输入电压升高后再送给 IC 的 VCC 引脚,从而获得 IC 内部的工作电源。


对于输入电压> 5 V 的应用场景,直接用输入电压供给 VCC 引脚,芯片就可稳定启动开始工作,无需使用内部电荷泵电路,因而 XCP 可悬空处理,无需作额外的上拉或下拉设置。


对于输入电压<6 V ,同时可提供 VCC 电源的应用,可将芯片的 VIN 和 VCC 分别独立供电。此时 VCC 电源的工作电压范围为 5 V 至 21 V。

 



图 4:NCP3233 典型应用电路

 

NCP3233 能效测试曲线

经测试,输入电压为 12 V 时,NCP3233 输出电压为 1 V 和 3.3 V 时的峰值能效分别达到 88%和 95%,满载能效分别达到 85%和 94%;输入电压为 5 V 时,输出电压为 1 V 和 3.3 V 时的峰值能效分别达到 93%和 97%,满载能效分别达到 88%和 95%;输入电压为 3.3 V 时,输出电压为 1 V 时的峰值能效达到 93%,满载能效达到 86%。

 


图 5:NCP3233 能效曲线

 

总结


大电流宽输入范围 DC-DC 降压调整器 NCP323X 系列是全集成的方案,可有效地减小 PCB 设计的占板面积,其低导通阻抗减小 IC 功耗,有效地提升能效, 而多重保护方式可有效对 IC 本身及负载进行过流、短路、过压、过温等全面的保护,并内置独立比较器,客户可根据需要自定义过压、过温保护。各种严格的场景模拟测试,确保 NCP323X 系列产品在各种严格的应用条件下都能满足应用要求。平面布局封装确保有效、均衡地散热。此外,安森美半导体还提供强大的设计工具,包括电路仿真模型如 SIMPLIS、Pspice、 COMPCALC 和热仿真模型如 FloTherm PCB,以帮助工程师简化设计流程和提高设计效率,加快产品上市。