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探究關于NCP1351B的腦電采集儀的電源設計與研究

電子工程師 ? 來源:現代電子技術 ? 作者:胡葉容 吳 朋 周建 ? 2021-04-05 08:39 ? 次閱讀

1 引 言

隨著全球能源危機的加深,人類節能環保意識不斷加強,解決能源的浪費問題需求日趨迫切。世界各國制定相關電子電器產品的待機功耗要求。目前,歐洲委員會和歐洲消費電子制造商協會(EACEC)為消費品制定了法律,要求所有的電源產品的最大空栽功耗不得大于0.3 W。

傳統的單端反激式電源采用經典的UC3843控制芯片。UC3843是一款脈寬調制型(PWM)芯片。他是固定開關頻率,通過改變脈沖寬度來調節占空比。其缺點是受驅動脈沖傳輸延時的影響,負載變輕時,調節范同變窄。

另外輸出端一般要接假負載,以防止空載時輸出電壓升高。由于上述原因,采用UC3843控制的腦電采集儀電源的待機功耗偏大,無法滿足現代的節能要求。

安森美公司推出了綠色節能型芯片NCP1351B,該芯片采用固定峰值電流技術(類似于固定Ton),本文采用該芯片設計的腦電采集儀電源通過降低空載時的工作頻率,滿足了待機低功耗的要求;輸出端不接假負載,輸出電壓也不會升高,能夠提供高穩壓、高精度的電源。

2 NCP1351B簡介

NCP1351B只需要極小的啟動電流(≤20μA),工作功耗小。其完善的保護功能,可以用來設計多種用途的電源:如輔助電源;低待機功耗的腦電采集儀電源;電池充電器等。各管腳的功能簡述如下:

FB:反饋輸入端。流進該端的電流決定芯片的工作頻率。

Ct:定時電容。定時電容容量決定無反饋電流時最大工作頻率。

CS:電流檢測端。接外部開關管的過電流檢測電阻

GND:地。

DRV:驅動脈沖輸出端。接開關管的柵極。

Vcc:電源端。

LATCH:鎖定輸出端。當該端電壓超過VLATCH(一般為5 V),將關閉驅動脈沖。

TIMER:定時器設置端。外接電容,將設置保護電路的動作時間。NCP1351B具有如下獨特的特性:

(1)類似固定導通時間(Ton),改變關斷時間(Toff)的電流模式控制;

(2)極低的啟動電流;

(3)峰值電流補償,減小變壓器的噪音;

(4)可編程峰值電流檢測電壓,實現功耗的優化;

(5)具有完善的保護功能,包括帶滯后特性的欠電壓保護(UVLO)、過電流保護(亦稱過載保護,OPP)、過熱保護(OTP)、輸出短路保護、控制環路的開環保護等功能;

(6)輕負載時,增加關斷時間(Toff),滿足低待機功耗的要求。

3 NCP1351B的關鍵技術分析

3.1待機工作模式

NCP1351B的待機工作模式基于輕負載時,反饋電流將減小,改變定時電容Ct的充電電壓,調節時鐘比較器翻轉的時間,從而改變工作頻率。

從NCP135 1B的反饋輸入端FB端流進光藕傳遞過來的反饋電流。實際上,FB端相對控制地可以等效一個二極管DFB,受控電流源IFB從控制地流出,在RB偏置電阻產生一個負壓降。此時,時鐘發生器的比較基準電壓值大約等于:

pIYBAGBhN-aAanx2AAAUhG70O-k478.png

在空載或短路時,IFB幾乎接近于0,VCLOCK電壓達到最高,定時電容的充放電時間將延長,時鐘發生器的翻轉周期(T)將減小(也就是工作頻率增加)。

在峰值電流控制模式下,空載時降低工作頻率。工作頻率會下降到人耳的可聽頻段,產生機械振蕩,很容易發出音頻噪音。NCP1351B通過固定峰值電流檢測,在輕載時、頻率下降,同時峰值電流大約只有最大峰值的30%,以免變壓器發生機械振蕩,產生音頻噪音,維持良好的待機能耗表現。

3.2負電流檢測技術

3.2.1 正電流檢測技術的缺點

傳統的電流型控制芯片,一般采用正電流檢測技術,這種檢測技術有以下缺點:

(1)無法調節峰值電流的檢測電壓,基準電壓集成在控制芯片內部;

(2)門電壓等于驅動電壓減去峰值電流檢測電阻(Rsense)上的電壓。

如果VCC=7 V,假設滿載,此時:

pIYBAGBhN_eAKRU9AAAKju7U8Ts578.png

(3)MOS管開通時(由于Ciss存在),在Rsense上會產生一尖峰電壓,干擾控制環路,使電源穩定性降低。而負峰值電流檢測技術可以解決上面問題。

3.2.2 電路工作原理

電路工作原理描述如下:

o4YBAGBhOCeAKob-AAAJMQi6Iq4014.png

(1)當VCS》Vth,電流誤差放大器輸出低電平,不動作。

未完....

編輯:jq

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