NCP1342 — 02 内部框图与工作原理
依据 onsemi NCP1342/D(Rev.23)§Introduction、§Functional Description、§Protection Features。图为手册原版翻拍;标注“推断/业界经验”处与手册事实分开。数值 typ 为主,出处见 01_规格书全译。
本篇总结
- 全片时序由两条线索决定:关断时刻由 CS 达到设定点决定(设定点电平=FB/4+抖动斜坡,下限 VCS(MIN)),开通时刻由 ZCD 数谷决定(FB 选谷、谷底锁定锁谷)。其余一切模块都是在改这两条线的参数。
- QR 的频率公式 fsw=1/(t_on+t_demag+t_v) 里 t_on、t_demag 都 ∝ I_pk——负载越轻频率越高(DS 原文:“load reduction increases the operating frequency”)。谷数增多不是为了降频,是为了抑制升频:深谷往周期里插入固定延时。
- 谷底锁定(VLO)= 给每个谷选择比较器加 600 mV 迟滞 + 锁存:负载不变就钉死在一个谷,杜绝传统频率钳位的“两谷之间来回跳”——那种跳动正是可闻噪声与 EMI 抖动的根源。
- 轻载四段舞步:谷 1→6(FB 1.4→0.9 V 分档)→ FF/VCO 折返(FB<0.8 V,死区 0→32 ms 线性加深,25 kHz 钳位)→ 跳模式(FB<0.4 V,脉冲群)→ Quiet-Skip 把突发频率压到 ≤800 Hz。
- MPCM 的“先抬后降”很反直觉:进入折返瞬间把最小峰值电流抬高 400 mV(每周期能量变大→频率骤降),随 FB 再降又线性收回到 VCS(MIN)——既快速降频又压低跳模式进入功率点。
- OPP 的巧劲:导通期辅助绕组天然呈现 −(N_AUX/N_P)·V_bulk 的负电压,分压后顶在 CS 设定点上——母线越高限流越低,零损耗零高压采样网络。
- 保护不是阈值堆叠:AOCP 用“更短 LEB+更高阈值+连续 4 次”抓绕组短路;输出短路时干脆禁用谷底超时(等真退磁才发波),从机理上杜绝磁饱和——这是 NCP1342 区别于普通 QR 的标志性细节。
- 待机 <30 mW 的预算:X2 放电集成(省 158 mW)+ 启动电流源关断(省 70 mW 级启动电阻常耗)+ 跳模式 ICC2 0.23 mA(12 V×0.23 mA≈2.8 mW)。
1. Overview:两条线索贯穿整个控制器
把 NCP1342 想成一位只在两个瞬间动手的指挥:
- “何时关断”:MOSFET 开通后,初级电流 i=Lp·di/dt 线性上升,R_CS 把它变成 CS 电压。CS 升至“设定点”(=FB/4.0,叠加抖动斜坡,频率下限 VCS(MIN))→PWM 比较器翻转→DRV 拉低。关断由峰值电流定(电流模式本行)。
- “何时开通”:关断后次级续流(退磁期),退磁结束瞬间漏极开始振铃,VDS 摆过一连串越来越低的“谷”。ZCD/OPP 脚监测辅助绕组,谷底计数器每过一个谷加一;FB 电压决定在第几个谷开通。
所有功能块都能挂到这两条线索上:软启动改关断设定点的上升速率;MPCM/折返改关断的频率下限与周期里的死区;VLO 改“数到几就开通”;OPP 改关断设定点的上限;抖动给关断设定点加三角波;保护比较器在设定点异常时提前关断。
2. 内部框图走读(按信号流)

沿信号流读图:
- FB 支路:FB 脚 → KFB=4.0 分压 → 同时供给三组比较器:谷底选择组(0.9~2.0 V 分档)、MPCM 进入/退出组(0.8/0.75 V)、跳模式组(0.4/0.45 V)。FB 是全片的“功率档位信号”。
- CS 支路:CS 脚 → LEB1(265 ns)→ OCP 比较器(撞 VILIM1+VOPP);→ LEB2(110 ns)→ AOCP 比较器(撞 VILIM2);→ PWM 比较器(撞 FB/4+抖动−MPCM 频率下限)。三路输出进 DRV 逻辑。
- ZCD/OPP 支路:退磁比较器(60 mV)→谷计数器→谷选择逻辑;负电压经 OPP 求和点叠加到 OCP 阈值上。
- Fault Management 汇总块:过载定时器、AOCP 计数器、VCC OVP、Brown-out、热关断、Fault 脚、掉线检测全部汇到这里,统一输出“禁用/锁存/自恢复”三态。
- 高压启动块:HV 脚 → 启动电流源(Istart1/Istart2 两档)+ Brown-out 比较器 + 斜率采样(掉线检测)+ X2 放电开关。
3. QR 控制律:一个开关周期的伏秒核算(本库推导,数值代入)
三个时间段(电流从零起拍的 DCM/QR 边界):
导通: t_on = Lp·Ipk / V_bulk (母线把电感"充"到 Ipk)
退磁: t_demag = Lp·Ipk / V_OR (电感能量按反射电压"放"回次级)
谷等待: t_v ≈ π·√(Lm·C_par) (退磁后谐振半个周期到谷 1;谷 n 再加 (n−1)·π·√(Lm·C_par))
周期与频率:
T = t_on + t_demag + n·t_v fsw = 1/T
P_in = ½·Lp·Ipk²·fsw (每周期能量 × 频率)
关键推论(很多人第一反应是反的):t_on、t_demag 都 ∝ Ipk,所以固定谷数下负载减轻(Ipk 下降)→周期变短→频率升高。DS 原文与此一致:“a load reduction increases the operating frequency”。谷数加深的作用是往周期里塞固定延时 t_v·n,把频率压回来。频率真正下降只发生在两处:谷内负载加重时(频率随功率升而降)与谷 6 之后的 VCO/折返段。
代入(本库 65 W 例:V_bulk=90 V 低线、V_OR=103 V、目标谷 1 @70 kHz、t_v≈1.5 µs):两式联立消去 Lp 得闭式(本库推导):
Ipk = 2·P_in·(1/V_bulk + 1/V_OR) / (1 − fsw·t_v)
= 2×74×(1/90 + 1/103) / (1 − 70000×1.5e-6)
= 148×0.02082 / 0.895 = 3.08 / 0.895 = 3.44 A
Lp = 2·P_in/(fsw·Ipk²) = 148/(70000×11.83) = 179 µH ≈ 180 µH
复算: t_on=180µ×3.44/90=6.9 µs, t_demag=180µ×3.44/103=6.0 µs
T=6.9+6.0+1.5=14.4 µs → fsw=69.5 kHz ✓
P=½×180µ×3.44²×69.5k=74.0 W ✓(P_in=65/0.88=73.9 W)
谷底电压与开通损耗(推断+业界经验,按阻尼包络 e^(−t/τ)≈0.8 估):谷 1 的 VDS ≈ V_bulk − 0.8·V_OR。低线 90 V:≈90−82=8 V,接近零电压开通(准 ZVS 名副其实);高线 375 V:≈375−82=293 V,仍是硬开通,只是比不谷底开通的 478 V 好得多——这解释了为什么 QR 在高压输入时效率收益缩水,也解释了为什么高线满载反而更想多待几个谷(FB 自动做了这件事)。
4. 功能块详解
4.1 高压启动与 VCC 管理(DS 式 1)
动机:经典电阻启动 = 一颗大电阻常年挂在 375 V 母线上。要 3.75 mA 启动电流得 R≈100 kΩ(功耗 1.4 W,不可行);取 2 MΩ 则 C_VCC=100 µF 充到 17 V 要 100 µ×17/0.19 mA ≈ 9 秒,且 V²/R=70 mW 永远在烧——“低待机与快启动”在电阻方案里是死结。
机理:片内 700 V 电流源分两档:VCC<0.7 V(VCC(inhibit))时走 Istart1=0.5 mA(防 VCC 短路时烧芯片),之后 Istart2=3.75 mA。到 VCC(on)=17 V 关断。输入不够时(VHV<VBO(start)=112 V)不启动:VCC 以 ICC2≈1 mA 下滑到 9 V,电流源再来——充/放循环直到输入正常(DS 图 5/6)。
驱动功耗核算(DS 式 1):ΔICC = fsw(kHz)·QG(nC)·10⁻³ mA。代入:70 kHz×45 nC×10⁻³=3.15 mA——比芯片本体 ICC3=1.0 mA 还大 3 倍,C_VCC 与辅助绕组按“芯片+栅驱动”总预算设计。
C_VCC 双重校验(本库例):①启动充电 100 µF×16.3 V/3.75 mA≈0.44 s;②辅助接管前维持住:总耗 4.2 mA,允许跌 17→9 V:t=100 µ×8 V/4.2 mA=190 ms,而软启动只要 4 ms——裕量 40 倍,47 µF 也够,留 100 µF 给低频待机。
4.2 Brown-out 保护:为什么经 HV 脚测输入
动机:母线过低时(输入掉电/塌陷),QR 的峰值电流会自动加大试图维持输出,功率器件应力和过载定时器都会遭殃——不如直接停机。
机理:HV 脚电压 ∝ 母线瞬时值(二极管或+电阻直连)。跌破 VBO(stop)=98 V(标准版)→启动 tBO=70 ms 定时器——定时够长,两个工频周期的掉电(50 Hz 下 40 ms)不会触发;到期仍低才停机,进非锁定故障模式(HV 源继续维持 VCC,输入恢复自动重启)。
权衡:阈值高(112/98 V)适配全范围输入;低输入专用机型选 94/84 V 版(附加特性 H),否则 110 V 输入下沿母线 110×1.414−纹波≈140 V… 距 112 V 阈值余量很小,纹波稍大就误停。这是“版本选型”而非“参数调整”——下单时就要定。
4.3 掉线检测与 X2 放电:把安规要求变成一个片内开关
动机(核算):IEC60950 要求拔插头后 X2 电容上的电压不能电人——放电时间常数 <1 s。2.2 µF 电容合规需要 R≤455 kΩ,在 264 VAC 下这颗电阻常耗 264²/440k≈158 mW,是 <30 mW 待机目标不可逾越的墙。
机理:HV 脚对输入电压数字采样并监测斜率:任何正斜率复位定时器;连续 100 ms(tline(removal))无正斜率→判定掉线→启动放电周期。放电利用高压启动电路的“逆向重构”:32 ms(tline(discharge))为限的突发放电(防过热),期间若 VCC 跌到 VCC(on) 会快速充回 VCC(X2_reg)=18 V——X2 电容的储能经 IC 给自己供电(推断,自 DS 图 21 的 VCC/ICC 波形)。循环放电直到交流恢复或 X2 电压 ≤30 V(VHV(discharge) 上限)。
数字核算:2.2 µF/375 V 峰值,电荷 825 µC,按 18 mA 放电 ≈ 46 ms——两轮突发放完,检测 100 ms+放电 ~64 ms,全程 <0.3 s,比 1 s 要求富余 3 倍。
设计红线:此功能要求 HV 脚必须接交流(二极管或之后)——接了直流(母线电容后)会被判“掉线”而反复放电、永远不开机。DS 用专门段落警告,04 篇列为陷阱 #1。
4.4 谷底锁定 VLO:为什么不抖谷是件大事
动机:传统 QR 用频率钳位限制最高频率,但负载恰好卡在钳位边界时,控制器会在“谷 n 达标”与“频率超限”之间反复切换——每个开关周期换一个谷,频谱连续难分辨,变压器发出可闻噪声。DS 原文承认这是 QR 的固有缺陷(“jump back and forth between two different valleys”)。
机理:谷选择电路按 FB 电压选谷(DS 表 7):
| 谷切换(FB 下降) | 阈值 | 谷切换(FB 回升) | 阈值 |
|---|---|---|---|
| 1→2 | 1.400 V | 2→1 | 2.000 V |
| 2→3 | 1.200 V | 3→2 | 1.800 V |
| 3→4 | 1.100 V | 4→3 | 1.700 V |
| 4→5 | 1.000 V | 5→4 | 1.600 V |
| 5→6 | 0.900 V | 6→5 | 1.500 V |
选定谷 n 后锁存:FB 必须跌到 n→n+1 的下阈值,或涨到“n 谷阈值+600 mV”才切走。600 mV 迟滞专门盖住调节环引起的 FB 纹波——环路在谷内正常晃,谷不换。内部计数器每检测到一个谷加一,与阈值窗口比对即可。

图 12(65 W 低线实例)把这套逻辑画得很直白:谷 1~6 区间频率呈离散阶梯(每个谷内频率随功率缓降、切谷时跳升),谷 6 之下与极轻载段标着 VCO mode——频率不再被谷数量化,而由 FB 连续控制(即折返模式)。本库 03 篇 65 W 设计的谷 1 约 70 kHz,与图中 55~80 kHz 量级一致。

图 15 是全片轻载策略的状态图:横轴 FB,绿线=负载减轻(FB 降)、红线=负载加重(FB 升)。谷 6 以下 0.8 V 进 FF(折返),0.4 V 以下进入跳模式;注意 3.2 V 以上的“Fault!”阴影——FB>3.2 V 意味着设定点已 ≥0.8 V=VILIM1,峰值电流达到限流仍无法满足输出,只能由过载定时器终止(本库推断,数值自洽:3.2/4.0=0.8 V)。
4.5 谷底超时:检测不到谷也得继续走
动机:深谷振铃被严重阻尼时 ZCD 比较器可能漏检——驱动停止干等,输出悬空。
机理:最后一次退磁检测后最多等 ttout2=6.0 ms(稳态)必须发脉冲。VLO 下超时周期代替谷计数:FB 要第 5 谷但只检出谷 1~4 → 第 4 谷检出后 6 ms 发波;只检出 1~3 谷 → 超时跑两轮、12 ms 后发波(DS 原例)。
软启动期例外:启动时辅助电压低、DOPP 的偏移又妨碍检谷,6 ms 会短于退磁周期 → 强发脉冲即 CCM。因此软启动期改用 ttout1=100 ms——宁可启动缓慢,也不可未经检测进入 CCM。稳态 6 ms 同时限制了最低实用频率(1/6 ms≈167 Hz 以下不发生,实际由 25 kHz 钳位先到)。
4.6 频率折返(FF)与 MPCM:第 6 谷之后的“降频三连”
进入:FB 一路降到 0.8 V(VMPCM(entry),迟滞退出 0.75 V)且已在谷 6 → 进入 MPCM+折返。
三件事同时发生(DS 图 14/正文):
- 最小峰值电流先抬:设定点频率下限从 VCS(MIN) 抬到 VCS(MIN)+VMPCM(delta)(xA 版 +400 mV)。每周期能量变大 → 同样功率需要的周期数骤减 → 频率大幅下降。对高频设计(谷 1 本来就 100 kHz+)这是把频率拉下来的第一脚重刹。
- 死区线性加深:谷 6 检出后插入死区,从 0 随 FB 下降线性增到 tDT(MAX)——在 VFB=0.4 V 时达 32 ms(EC 表 min 口径;DS 正文写 36 ms typ 且同段另有“0 ms@0.4 V”的排印矛盾,按 ≥32 ms 做频率预算,标注待核实)。死区把周期直接拉长,频率跌向 25 kHz 钳位。注意:MPCM 接合前死区被消隐——保证谷 1~6 段仍是纯谷底开关。
- 设定点再线性收回:FB 从 0.8 V 降到 0.4 V 途中,频率下限从 VCS(MIN)+Δ 收回 VCS(MIN)——最轻载时每脉冲能量最小,跳模式进入功率点被压低(跳得晚、跳得浅,待机纹波小)。
退出:1 ms 定时器(tMPCM)防边界振荡;FB 随时跌破 Vskip 或回升到谷 5 → 立即退出(不等定时器)。
做一次频率核算(本库例,xB 版 VCS(MIN)=150 mV、R_CS=0.2 Ω):频率下限电流 0.75 A,抬到 550 mV 后 2.75 A;谷 6 周期≈3.75 µs×Ipk+6×1.5 µs+死区。Ipk=2.75 A、死区 16 µs 时 T≈10.3+9+16≈35 µs → 28 kHz;死区加深到 25 µs 时逼近 25 kHz 钳位——25 kHz 钳位先到,死区不再加深,交给跳模式。钳位发波前仍等退磁完成,不会 CCM。
4.7 跳模式与 Quiet-Skip:25 kHz 之下的最后一段
进入/退出:FB<0.4 V(Vskip)→当前脉冲结束即停;FB 回升过 0.45 V(Vskip+50 mV 迟滞)→脉冲恢复。由于最低频率+最小峰值电流双钳位,功率无法连续调到零——跳模式用“脉冲群”补齐最后一段。
Quiet-Skip 机理(DS 图 16):进入突发后启动 1.25 ms 定时器(tquiet,版本 A;xB/xC 为 0.833/0.640 ms)与“数到 3”计数器。要点:①下一突发最早也要等定时器到期——突发频率被限在 ≤1/1.25 ms=800 Hz(xB=1.2 kHz、xC=1.56 kHz,恰为矩阵表中 Quiet-Skip 一栏的频率档);②定时器不会强制发起周期:空载时 FB 上升慢,自然周期远大于 1.25 ms;③每组至少 3 个脉冲;④彻底退出突发模式需 FB>1 V。

噪声权衡核算(DS 事实+物理解读):25 kHz 的脉冲群本身在可听阈值边缘,真正叫嚣的是突发重复频率——不带管理时它恰好扫过人耳最敏感的 1~5 kHz(“吱——”)。Quiet-Skip 把突发频率上限压到 800 Hz 以下,且空载时自然落在几 Hz 的“嗒、嗒”区,能量离散成单次 tick 而非持续音(解读部分属业界经验)。若仍闻噪声,先分清三源:突发频率(换 tquiet 档)、谷间跳动(确认 VLO 生效/FB 纹波)、机械噪声(浸漆/点胶),见 04 篇陷阱 #7。
轻载三段的功耗-噪声-纹波权衡核算(本库 65 W 例口径,xB 版):
| 段 | FB 区间 | 频率形态 | 峰值电流 | 每脉冲能量 | 输出纹波 | 噪声风险 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 谷 1~6(VLO) | 2.0→0.9 V | 阶梯(谷内随功率缓降) | 随 FB 线性降 | 中 | 小(每周期补充) | 谷间跳动,被 600 mV 迟滞压住 |
| FF+MPCM | 0.8→0.4 V | 频率快速下降→25 kHz 钳位 | 频率下限先 +400 mV 再收回 | 大→小 | 中 | 抖动失效(频率下限削平) |
| Skip+Quiet-Skip | <0.4 V | 25 kHz 脉冲群,群间静默 | VCS(MIN)=150 mV→0.75 A | ½×180 µ×0.75²=51 µJ | 群级纹波 ~14 mV(见下算) | 突发重复率 ≤800 Hz |
为什么分三段而不是一路降频到底:频率连续降到 25 kHz 以下就滑进音频、且深谷检测不可靠;跳模式让“每脉冲能量”保持频率下限值、只减少脉冲密度,频率下限不被突破——代价是纹波从“每周期”变成“每群”。群纹波核算:每组 ≥3 脉冲×51 µJ×0.88 ≈ 134 µJ,C_out=470 µF/20 V 时 ΔV≈134 µ/(470 µ×20)=14 mV——待机输出电容按“群能量”而非“周期能量”复核(本库推导)。
4.8 峰值电流控制律:FB→关断设定点的完整链
设定点=VFB/KFB(4.0),受四重修饰:软启动斜坡(0→0.8 V/4 ms)→OPP 下移(−0~250 mV)→抖动三角波(±55~92 mV)→频率下限 VCS(MIN)(折返期先抬后收)。上限由 VILIM1=0.80 V 硬性限制——FB 再高也无法增大电流(图 15 的“Fault!”区)。前沿消隐 LEB1=265 ns:开通瞬间 MOSFET Coss 放电+整流管反向恢复电流全灌进 R_CS,没有消隐每个开通沿都会误关断。
前馈:母线升高→电流斜率变陡→同一设定点更早达到→占空比自动收窄,一个周期内完成——电流模式的固有优势,QR 不例外。
4.9 非耗散 OPP:利用辅助绕组的负感应电压
动机:QR 的最大功率 ∝ V_bulk×Ipk(近似),高压输入时限流不变则功率能力虚高 375/90≈4 倍——高线满载功率漂移、变压器/次级应力按最坏设计。直接分压采样母线?那又是一条常耗电阻链(与待机目标冲突)。
机理:导通期初级接地,辅助绕组同名端感应出 −(N_AUX/N_P)·V_bulk 的负电压——一个无需常耗元件的“母线镜像”。经 ROPPU/ROPPL 分压成 VOPP(负)叠加在 OCP 比较器阈值上:VCS(OPP)=VILIM1+VOPP(DS 式 2)。母线越高→负电压越大→限流越低→最大功率恒定。退磁期辅助电压变正,DOPP 导通旁路 ROPPU,保证谷检测幅度足够(≥8 V 建议值,内部钳位到 VCC)。
数字(DS 设计例 + 本库 65 W 复算,见 03 篇步骤 5):N_AUX/N_P=0.18、ROPPU=270 kΩ、ROPPL=1 kΩ:高线 375 V → VOPP=−0.18×375×1/271=−249 mV(=31.25% 满补偿);低线 90 V → −59.8 mV。为什么不用串联采样电阻:那要高压网络(常耗)或在功率回路加阻(恒损)——该方案零成本零损耗;代价是 ZCD 幅度与 OPP 增益被同一组电阻绑定,设计时两端都要校核(04 篇陷阱 #3/#6)。
4.10 频率抖动:展宽 EMI 频谱峰
三角波(fjitter 1.3/1.55/3.9 kHz、Vjitter 55~92 mV,版本决定)在 PWM 比较器前与 CS 求和——导通时间被缓慢调制,即开关频率低频摆动,EMI 频谱峰被展宽, quasi-peak/average 测试余量随之增加。
两个反直觉的陷阱:①抖动调制的是峰值电流,FB 环路会将其作为纹波抑制掉——环路带宽必须远低于 fjitter(DS 原文警告;经验取 ≤fjitter/4:选 3.9 kHz 版本可给 1 kHz 带宽留余地,选 1.3 kHz 版本则环路得压到 300 Hz)。②折返期设定点触及频率下限,抖动被频率下限削平——轻载看不到抖动效果(DS 原文),EMI 扫频要在中重载做。
4.11 软启动与栅压钳位
软启动=内部基准 VSSTART 4 ms 从 0 上升到 0.8 V,设定点被它钳制——每周期峰值电流渐增,变压器免受启动浪涌;每次上电/自恢复重新执行。DRV 的 12 V(max 14 V)有源钳位:VCC 可到 28 V 而栅压恒 ≤12 V——选 MOSFET 按 12 V 栅压查 R_DS(on),不要按 15 V 查(那颗管子在 12 V 下可能不够饱和)。
4.12 从插电到稳态的完整时间线(把前面的块串起来)
| 时刻 | 事件 | 依据 |
|---|---|---|
| 0 | HV 电流源以 Istart1=0.5 mA 起步,VCC>0.7 V 后切 Istart2=3.75 mA | DS §HV Start-up |
| 输入低(<112 V) | VCC 充至 17 V→按 1 mA 放到 9 V→再充:充/放循环等待输入正常 | DS 图 5/6 |
| ~0.44 s(C_VCC=100 µF) | VCC 到 17 V,电流源关断,控制器使能 | 本库例算(02 篇 §4.1) |
| 使能后 4 ms | 软启动:设定点 0→0.8 V 斜坡;退磁超时放宽到 100 ms | DS §Soft-Start |
| 软启结束 | FB 达到上限对应谷 1,随后随负载稳定到工作谷(或折返/跳模式) | VLO/FF 逻辑 |
| 运行中掉电 | 母线跌破 98 V 持续 70 ms→Brown-out 停机(非锁定) | DS §Brownout |
| 拔插头 | 100 ms 无正斜率→判掉线→32 ms 突发 X2 放电至 ≤30 V,控制器禁用 | DS §X2 |
| 任一时刻 VCC>28 V 持续 32 ms | VCC OVP 锁定(反馈失效的保护信号) | DS §VCC OVP |
这条时间线解释了两个现场常问的问题:为什么“插电到有输出”接近半秒(Istart2 充电是瓶颈,C_VCC 不宜过大);为什么拔插头后插脚电压“一阵一阵”地掉(32 ms 突发放电的节拍)。
5. Device Functional Modes(模式与切换条件总表)
| 模式 | 进入条件 | 行为要点 | 退出条件 |
|---|---|---|---|
| 待机充电 | 上电或故障后 | Istart2 充 C_VCC;VHV<VBO(start) 则充/放循环 | VHV≥112 V 且 VCC=17 V → 启动 |
| 软启动 | VCC(on) 后 | 设定点 0→0.8 V/4 ms;退磁超时放宽到 100 ms | 斜坡结束,转正常谷控 |
| 谷 1~6(VLO) | FB 2.0~0.9 V 分档 | 谷内频率随负载缓变(谷内功率越大频率越低);600 mV 迟滞锁谷 | FB 跌破下阈值进深谷/升过 +600 mV 回浅谷 |
| 折返 FF(VCO) | FB<0.8 V(谷 6 后) | 频率下限先抬 400 mV;死区 0→32 ms 线性加深;频率快速下降 | FB 回到 0.75 V 退出;或到 Vskip |
| 25 kHz 钳位 | 周期将超 40 ms | 强制新周期,但等退磁完成才发波(不 CCM) | FB<0.4 V 进跳模式 |
| 跳模式(Quiet-Skip) | FB<0.4 V | 脉冲群 ≥25 kHz;突发周期 ≥tquiet;每组 ≥3 脉冲 | FB>0.45 V 恢复脉冲;FB>1 V 彻底退出突发 |
| 非锁定故障 | Brown-out / 热关断 | 停驱动;HV 源维持 VCC 在 9~17 V 循环 | 故障消失→下一 VCC(on) 重启 |
| 自恢复故障 | 过载(B 版)/OTP(B 版) | 停驱动 + trestart=2.0 s 定时 | 定时器到→下一 VCC(on) 重试(新突发) |
| 锁定故障 | AOCP×4 / VCC OVP / Fault>3 V | 立即停驱动并锁存 | VCC<6.5 V 或掉线事件才清 |
| X2 放电 | 掉线判定(100 ms 无正斜率) | 控制器禁用;32 ms 突发放电至 ≤30 V;随时活跃(含未启动时) | 检测到交流正斜率 |
6. 保护机制逐个讲物理机理
6.1 AOCP(异常过流):为什么 VILIM1 之外还要一层
绕组短路时电感只剩漏感:di/dt=V_bulk/L_leak,以 375 V、L_leak=1.5 µH 计 = 250 A/µs——VILIM1 的 LEB(265 ns)尚未结束,电流已冲过 66 A,任何“逐周期限流”都来不及。NCP1342 的三层组合措施:①更短消隐 LEB2=110 ns(更早生效);②更高阈值 VILIM2=1.2 V(=1.5×VILIM1,重载正常波形永不误触);③连续 4 次才锁定——浪涌测试的单周期尖峰被计数器滤掉,真短路则每周期都触发、4 周期(~微秒级四周期)内停机。任何一次正常 DRV 脉冲都把计数清零。需要指出:锁定前的最后几个周期电流确实很高,AOCP 的价值是尽快停机而非无损伤限流。
6.2 输出短路防磁饱和:不发波优于限流发波
输出短路→次级反射电压≈0→初级电流关断后永远退不了磁。普通 QR 控制器的退磁超时到点强发脉冲→磁通每周期净增→磁芯饱和→初级电感坍缩成漏感→电流失控。NCP1342 的解法(DS §Output Short Circuit Protection):ZCD 脚电压高于 armed 阈值期间,谷底超时定时器被禁用——短路电流大,漏感储能 ½L_leak·I² 大,振铃足以触发 ZCD,于是控制器就一直“等退磁”:没有退磁就没有下一脉冲,磁通每个周期都被复位,饱和链条从机理上被切断。[译注:这是 NCP1342 标志性保护细节,00 篇 §17.7。]
6.3 过载定时器:积分器而不是单次计时器
tOVLD=160 ms 的计数器故障在则加、撤则减——电机启动类的间歇过载(短时超越、随即回落)计数无法累积,不会误触发;连续 160 ms 持续处于 VILIM1 才判过载。动作分版本:A 锁定 / B 进自恢复(2 s 一轮的短促重试,平均功率≈160 ms/2 s≈8% 占空——次级整流与输出电容的热校验按此算)。
6.4 VCC OVP:无代价的输出过压保护
反馈链断裂(光耦失效、TL431 开路)→输出过压→辅助绕组电压同步升高→VCC 先过 28 V→锁定。没有花一颗外围器件,就覆盖了“反馈失效”最危险的后果——但注意它保护的是 VCC≤28 V 对应的输出电压,辅助/输出匝比定多少,保护灵敏度就多高(辅助空载反冲设计要留余量,04 篇陷阱 #9)。
6.5 其余后备保护
CS 开路→1 mA 上拉抬脚禁用;CS 短路→ton(MAX)=32 ms 限制每脉冲(不作真正保护但防永久导通);热关断 140 ℃/迟滞 40 ℃,非锁定自恢复;掉线事件可清几乎所有锁存(因为拔插头=物理断电确认)。
7. 精炼要点(速记表)
| 主题 | 机理概述 | 关键数值 |
|---|---|---|
| QR 频率 | fsw=1/(k·Ipk+n·t_v):谷内负载越轻频率越高 | 谷 1@65 W 低线 ≈70 kHz(本库例) |
| VLO | 600 mV 迟滞+锁存,负载不变不换谷 | 切谷 1.4→0.9 V,回切 1.5→2.0 V |
| 谷超时 | 检不到谷也按节拍走,超时计数代谷计数 | 稳态 6 ms / 软启 100 ms |
| FF+MPCM | 先抬电流快速降频,死区加深+频率下限收回 | 进入 0.8 V/Δ400 mV/死区至 ≥32 ms |
| 25 kHz 钳位 | 以音频上沿为限,发波前仍等退磁 | 21.5~27.0 kHz |
| Quiet-Skip | 突发周期 ≥tquiet → 频率 ≤800 Hz | 每组 ≥3 脉冲,退出需 FB>1 V |
| OPP | 导通期辅助负电压∝母线,压低限流 | −250 mV=31.25% 满补偿 |
| 抖动 | 调制关断设定点展宽 EMI 峰 | 环路带宽 << fjitter |
| AOCP | 短 LEB+高阈值+连 4 锁定 | 1.2 V/110 ns/4 次 |
| 输出短路 | ZCD 有振铃信号时禁用超时=等真退磁 | 防饱和的机理核心 |
| X2 放电 | 斜率判掉线,突发放电供电两不误 | 100 ms/32 ms/≤30 V |
| 待机功率核算 | 省两颗常耗电阻+0.23 mA 待机电流 | <30 mW(DS 标称) |
下一篇:04_典型应用与设计计算——把本篇的机理落成 65 W USB-PD 的编号式设计步骤。
上一级:NCP1342