NCP323X系列是安森美半導體針對低壓、大電流、小體積,如蜂窩通訊基站、伺服器及系統存儲設備等應用的DC-DC降壓調整器,提供大輸出電流(額定最大輸出電流範圍為15 A至40 A)、寬輸入電壓(3 V 至21 V)範圍,輸出電壓可低至0.6 V,內置過壓、過流、短路、過熱保護等豐富的保護特性,其中創新的過流保護模式能在負載嚴重短路時提供可靠保護,高頻寬、大驅動電流輸出誤差放大器提供快速的負載瞬態回應,具有高整合度、高能效等優勢。

NCP323X系列概覽

NCP323X系列目前共有8款產品(見圖1),其中,NCP3237內部整合超低導通電阻的MOSFET,有效降低工作損耗,提升工作能效,因而支援達40 A的輸出電流,同時,NCP3237支援的輸入電壓範圍為3 V至18 V,可滿足常用的3.3 V、5 V、12 V、14 V等各種電源匯流排應用。NCP3231和NCP3233已廣泛用於通訊設備,NCP3233支援3 V至21 V的超寬輸入電壓範圍。NCP3235在輕載時為非連續導電模式(DCM),可以有效提升輕載能效。

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圖1:NCP323X系列輸出電流及輸入電壓範圍

NCP323X 採用多晶片平面佈局封裝,控制器和功率管分佈在平面上的不同區域,熱量分佈均勻,上管具有更強的導熱能力。6mm*6mm 的封裝、足夠大的導熱面積,可以更換好將晶片工作時產生的熱量導入PCB,向外散熱,而1mm的高度,使得晶片到PCB的導熱路徑更小,有助於更好的散熱。

25 A同步整流降壓調整器: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整器。輸入電壓從4.5 V至18 V,支援最低0.6 V、且高達25 A輸出電流。主要特色為:
 全整合,寬輸入電壓,高能效
 Hiccup模式故障保護(包括輸出欠壓、輸出過壓、過流、短路、過溫等保護)
 內部 0.6 V參考電壓,全溫度範圍內+/-1%精度
 300K, 500K, 1MHz 固定可選切換頻率
 外部可調軟啟動Soft-start時間
 外部可調過流保護點,帶溫度補償的精確過流保護比較器
 無損電流檢測,檢測下管導通電壓,無需外部電路
 支援輸出pre-bias預偏置啟動:如果軟啟動之前輸出有預偏置電壓,上下功率管會關斷,直到內部參考電壓上升到和FB電壓相同時,首先開通上管,然後繼續軟啟動過程。輸出電壓在預偏置電壓基礎上繼續上升到設定值,不會有放電再啟動的過程。如果預偏置電壓比設定的輸出電壓高,上下管會一直保持關斷。
 可調的精確輸入欠壓UVLO保護
 獨立比較器可以用於其他保護,如過溫保護等。
 內建晶片OTP過溫保護
 輸出OVP與UVP保護
 整合30 V耐壓功率場效應管,提供高可靠性
 24 MHz高帶寬大驅動電流誤差放大器提供快速動態回應

NCP3231/A的內部框圖如圖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,內置LDO能滿足不同的輸入電壓,同時能為IC內部提供穩定的供電電源。SS引腳和EN引腳分別採用兩個獨立的管腳實現,其功能為軟啟動設定和使能及輸入欠壓設定,這樣的設計能有效地避免在軟啟動過程中輸出電壓的非單調上升。ISET引腳用於設定輸出限流保護點。對於常規的通過導通電阻來檢測並實現過流保護的設計方式,其精準度通常不太理想,主要是因為MOSFET的導通電阻會隨溫度變化而變化。而安森美半導體的NCP323X系列中,專門設計了一個適應溫度變化的電流源,該電流源與導通電阻的比例在全溫度範圍內保持恒定,因而可實現更精準的過流保護。OTS引腳主要用於IC外部溫度偵測熱保護功能。

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圖2:NCP3231/A內部框圖

NCP3231內置0.6 V參考電壓的 OTS比較器,當檢測到OTS腳電壓大於0.6 V時,轉
換器的上管和下管會同時關斷。當OTS腳電壓低於0.55 V後,轉換器會重新進入軟啟動。該比較器可以用於溫度檢測,還可以用於輸出過壓保護如果不需要溫度檢測,可以將OTS接地。

20 A同步整流降壓調整器:NCP3233

NCP3233是一款大電流、高能效的電壓控制模式同步降壓調整器。具有從3 V至21 V的超寬輸入電壓範圍,支援最低0.6 V輸出、且高達20 A輸出電流。除了具有NCP3231的優勢與特性,NCP3233還具有以下重要特點:
 更寬的輸入電壓範圍
 輸出OVP過壓保護:具有獨特的兩級OVP輸出過壓保護機制
1). NCP3233檢測到FB電壓高於690 mV (115%),通過關閉上管,開啟下管降低到額定輸出電壓。此時PG信號依然為高
2). 當NCP3233檢測到FB電壓高於780 mV (130%),NCP3233關閉上管,並保持下管持續開啟,降低輸出電壓,同時PG信號拉低;直到FB電壓降低到525 mV,IC進入Hiccup模式。
 OCP過流保護精度:有更優化的過流檢測精度。OCP精度較NCP3231提升10%

NCP3233內置電荷泵電路(如圖3紅框所示),所以當輸入匯流排電壓較低時,可利用該
內置的電荷泵電路將其升高,同時供給IC內部邏輯和控制電路,以保證晶片能獲得穩定可靠的工作電壓。
由於NCP3233晶片的軟啟動功能採用獨立的SS 引腳 設置,可以通過調節SS 引腳 和GND之間的跨接電容,輕鬆實現軟啟動時間的設置。

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圖3:NCP3233內部框圖

NCP3233典型應用電路

對於輸入電壓 5 V 的應用場景,直接用輸入電壓供給VCC引腳,晶片就可穩定啟動開始工作,無需使用內部電荷泵電路,因而XCP可懸空處理,無需作額外的上拉或下拉設置。
對於輸入電壓<6 V ,同時可提供VCC電源的應用,可將晶片的VIN和VCC分別獨立供電。此時VCC電源的工作電壓範圍為5 V至21 V。

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圖4:NCP3233典型應用電路

NCP3233能效測試曲線

經測試,輸入電壓為12 V時,NCP3233輸出電壓為1 V和3.3 V時的峰值能效分別達到88%和95%,滿載能效分別達到85%和94%;輸入電壓為5 V時,輸出電壓為1 V和3.3 V時的峰值能效分別達到93%和97%,滿載能效分別達到88%和95%;輸入電壓為3.3 V時,輸出電壓為1 V時的峰值能效達到93%,滿載能效達到86%。

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圖5:NCP3233能效曲線

總結
大電流寬輸入範圍DC-DC降壓調整器NCP323X系列是全整合的方案,可有效地減小PCB設計的占板面積,其低導通阻抗減小IC功耗,有效地提升能效, 而多重保護方式可有效對IC本身及負載進行過流、短路、過壓、過溫等全面的保護,並內置獨立比較器,客戶可根據需要自定義過壓、過溫保護。各種嚴格的場景模擬測試,確保NCP323X系列產品在各種嚴格的應用條件下都能滿足應用要求。平面佈局封裝確保有效、均衡地散熱。此外,安森美半導體還提供強大的設計工具,包括電路模擬模型如SIMPLIS、Pspice、 COMPCALC和熱模擬模型如FloTherm PCB,以幫助工程師簡化設計流程和提高設計效率,加快產品上市。

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