安森美半导体的降压调整器NCP323X：全集成、大电流、宽输入、高能效

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
• 4 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。