NCP1568 — 02 内部框图与工作原理
依据 NCP1568/D Rev.5 §5(框图)、§6(功能描述式 1~5)、§7(保护)。图为手册原版翻拍。逐节数值均注 typ;「推断/业界经验」单独标注。
本篇总结
- NCP1568 的本质是“把 ACF 的 ZVS 从设计点问题变成全工况控制问题”:固定死区+定频只能在标称点 ZVS,SW 脚实测+数字变频把谐振复位能量实时调到“刚好够”。
- 变频的方向逻辑要点:SW 下降太快(ZVS 早于 T_ZVS)→ 复位能量过剩 → 升频削减环流;ZVS 迟到或不到 → 降频保 ZVS。误差基准 T_ZVS 是型号固化常数(粗调 T_ZVS_A=DT_Max/2 + 细调 T_ZVS_B)。
- 轻载五级接力(ACF 变频 → DCM 谷底 → 频率折返 → 30 kHz 钳位 → 静音跳周期),ATH/DTH 两个门限全部由设计者用电阻编程——效率曲线的形状是设计出来的,不是芯片给的。
- 自适应死区用三个定时器(DT_Max 后备 + DT_E_R / DT_R_E 精调)在 SW 斜率 100 MV/s~10 GV/s 的七个数量级跨度里工作,核心是“9.6 V 阈值 + 计时”而非等零电压。
- 模式切换(DCM↔ACF)用前沿调制(LEM)软启/软停管理:本质是让钳位管占空比在多周期内渐入渐出,避免转换期硬开关抽干钳位电容。
- 保护是“计量型 + 工况自适应”:OCP 计数 +2/−1 满 5 k 次动作、限流阈值随 ACF 频率自动下调(补偿变频功率上浮)、OPP 按线电压从 CS 灌补偿电流。
- 与 UCC2897A 的代际差异不在拓扑(同为 ACF),而在控制哲学:开环定频定死区 → 闭环变频自适应死区;P 管直驱 → N 管外驱;单模式 → 多模式可编程。
1. Overview:先说清 ACF 在解决什么问题
传统(准谐振/硬开关)反激的漏感能量要么烧进 RCD 钳位、要么变成 SW 节点的振铃——主管电压应力尖、EMI 差、效率低。有源钳位反激用“钳位电容 + 钳位开关”接住漏感:关断后漏感与钳位电容(及磁化电感)谐振,把 SW 节点推过输入电压、推到零(负磁化电流方向反过来时),主管就能在 vDS=0 时开通——ZVS。
但 ZVS 不是白来的:谐振能否把节点拉到零,取决于负磁化电流储备的能量。负载、线压、输出电压(USB-PD 五档)一变,所需能量就变。老办法是把死区与频率设计在标称点,其余工况“大概 ZVS”——超结管 COSS 大,ZVS 需要 ≈−0.5 A 的负电流储备(DS 表述;GaN COSS 低,需要更少),设计点偏差的直接后果是硬开关、效率塌方、EMI 恶化。
NCP1568 的答案:别猜,去测。SW 脚实时看开关节点,死区“等谐振真的发生”,频率“调到 ZVS 恰好准时发生”。这两件事分别由自适应死区(§5)与 ZVS 数字变频(§4)完成——它们共享 SW 信号,是这颗芯片的核心机制。
2. 框图按信号流走读(DS 图 3)

按“电从哪进、信号往哪走”分五条线读:
- HV 入口线:HV 脚 → 启动电流源(Istart1/Istart2 两段)→ VCC 管理(VCC_OK/VDD 稳压);同时 HV → 掉电检测器(Brownout)+ 线电压量化器(Line_Removal、CHVV/HMHVV)→ OPP 与线相关参数。
- 电流环线:CS 脚 → LEB1/LEB2 消隐 → PWM 比较器(与 FB 误差电压比较)→ S-R 锁存 → LDRV;斜坡补偿(143 mV/ms typ)叠加进比较;OPP 补偿电流从 CS 灌出。
- 模式与频率线:RT 振荡器(SKIP/DCM VCO)→ 多模式逻辑(ATH/DTH 查表量化器)→ 模式转换与频率折回逻辑 → 振荡频率。
- SW 反馈线:SW 脚 → ZVS 频率调制器(与 T_ZVS 比较误差累积)+ 自适应延迟电路(ACF)→ 死区逻辑(DT_Max/DT_E_R/DT_R_E)→ 驱动级。
- 故障线:FLT 越窗比较 + OCP/SCP 计数器(NOCP/NSCP)+ OVP/OTP/温度传感器 → 故障锁存与自恢复逻辑(Brownout/VCC(reset)/Line_Removal 可复位)→ 驱动禁止 + HVBC 维持供电。
读框图的要点:SW 线与模式线最终都汇入“振荡频率”这个公共汇点——NCP1568 只有一个执行器(频率/占空比),所有智能都体现在“下一个周期频率定多少”这一个决策上。这与 LLC 控制器“调频即调功率”不同:NCP1568 调频的目的是保 ZVS,功率仍由峰值电流+占空比决定。
3. 多模式算法:为什么频率必须变(DS §6.7,图 10)

动机:ACF 模式下磁化电流是 CCM(第一/第三象限往返,主/钳位管构成同步 buck-boost)。若全线全负载都硬跑 ACF:负载降了,ZVS 依然有(负电流储备还在),但高峰值电流的导通损耗、磁芯损耗、铜损三项不会因为 ZVS 而消失——轻载下 ZVS 省下的开关损耗抵不过这三项,效率反而输给 DCM(DS 原文论证)。类比:开车 ZVS 是“换挡不打齿轮”,但空踩离合滑行的油耗照样高——该空挡(DCM)就空挡。
机理(图 10 读法,横轴 FB∝负载):
- 重载(FB>ATH 内部基准):ACF 模式,频率在 F(RT)~4.2×F(RT) 内由 ZVS 算法调制(红线段随负载降而降频——负载轻了,每周期需要的能量少,升频才能维持 ZVS 电流储备恰好够,见 §4)。
- 中载(DTH<FB<ATH):迟滞带内保持原模式——这就是“两门限分开编程”的价值:迟滞宽度是你定义的,模式不会在边界抖动。
- 较轻载(FB<DTH):DCM 谷底模式,频率 = F(RT)/2 起步,随 FB 下降线性折返(紫线),DCM 上限恰为 RT 频率的一半(DS 明示)——ACF 与 DCM 之间存在 2:1 频率台阶,这是为什么切换需要 LEM 软过渡(§7)。
- 轻载(FB<VFB(Ipk_freeze)≈0.79 V):峰值电流冻结在下限(VCS(Ipk_freeze)=220 mV typ @RT=100 kΩ),纯靠降频稳压——峰值电流一冻结,折返斜率立刻变陡(图 10 紫线拐折)。
- 极轻载(FB<VFosc(min)=VFB(skip)=400 mV typ):频率触到 Fmin 钳位 30 kHz typ(正文表述 31 kHz)→ 转入跳周期;负载再降,跳掉的脉冲更多。跳周期唤醒有 24 ms typ 延迟(TSkip_wake)——静音(quiet skip)的关键:唤醒是“缓慢苏醒”而非“猛然全功率”。
设计含义:图 10 不是芯片说明书,是设计输入——DTH/ATH 两颗电阻决定你的效率曲线在负载轴上怎么“分段折线”(04 篇陷阱 3 讲怎么放拐点)。
4. 振荡器与式 4:频率下限从哪来(DS §6.8)
内部放大器在 RT 脚强制 2 V,RT 电阻电流设定振荡器:
$$F_{OSC}=\frac{1}{R_T\times100\ \text{pF}}\quad(\text{式 4})$$
代入复算:RT=100 kΩ → 1/(1e5×1e-10)=100 kHz ✓;RT=49.9 kΩ → 1/(4.99e4×1e-10)=200.4 kHz(EVM 候选值,推断);RT=33 kΩ → 303 kHz ✓(与 DS 电气特性测试条件“RT1=33 kΩ(303 kHz)”自洽)。
为什么 RT 定的是“最低频率”:ACF 里每个周期主管开通前要完成两件事——SW 谐振到零(ZVS)+ 高边脉冲完整执行(最小关断时间 590 ns)。频率越低越容易满足,但环流损耗越大。所以逻辑是:RT 给一个“不许更慢”的频率下限,ZVS 算法在频率下限之上往高调(上限 4.2×F(RT),1 MHz 绝对上限——DS 注 3 警告超限可能损坏 IC 或系统)。RT 的选频原则(DS):最低输入电压、最低目标输出电压(PD 的 5 V 档!)、最大负载处仍能完成 ZVS——三条取最严。
5. 导通/关断限制与式 5:590 ns 与 78%(DS §6.9,图 12)
ACF 模式恒有内部最小关断时间 590 ns(每个周期必须给高边脉冲留足完整执行时间)与约 78% 的最大占空比(高边驱动自举电容再充电 + 防变压器饱和)。590 ns 恒定意味着频率一高,最大占空比就被“关断时间”锁死:
$$\text{Duty}=\begin{cases}133\ \text{ns}\times F_{SW}+73.7\% & F_{SW}\le350\ \text{kHz}\\ 1-F_{SW}\times0.59\ \mu\text{s} & F_{SW}\ge350\ \text{kHz}\end{cases}\quad(\text{式 5})$$
推导核对:第二段就是 1−(590 ns×F):F=500 kHz→1−0.295=70.5%,与特性表 DMax_500=69% typ 吻合 ✓;第一段在 350 kHz 处 133n×350k+73.7%=78.4%,正是“≈78%”的出处 ✓;两段在 350 kHz 交点连续 ✓。
一个真实的不一致(存疑):第一段外推到 100 kHz 得 87%,而特性表 DMax_100 typ 只有 75%。合理口径:式 5 是“由关断时间决定的频率上限曲线”,特性表是特定 RT 下的实测最大占空比(受 RT=100 kΩ 时 Fmax=4.2×100=420 kHz 附近的调制影响)——两处口径不同,设计时按特性表取值、式 5 做趋势判断(本库推断)。
设计含义:变压器匝比/反射电压核算必须用工作频段内最坏点的最大占空比。例:EVM F(RT)≈200 kHz(推断),高频段跑到 450 kHz 时 Dmax≈1−450k×0.59µ=73.5%——匝比若按 78% 设计,在 450 kHz 处没有占空比余量,会掉稳压。
6. ZVS 数字变频:T_ZVS 误差积累(DS §6.10,图 13)

要控制什么:负磁化电流近似恒定(超结 ≈−0.5 A,GaN 更少)。负电流是谐振复位的“势能”:太多→环流损耗白烧;太少→SW 拉不到零→硬开关。SW 从 ADRV 关断(钳位阶段结束)开始下降,下降到零的时刻就是 ZVS 时刻——NCP1568 给这个时刻定了一个“应该发生”的时间基准 T_ZVS。
怎么控制(图 13 四色轨迹读法):图中蓝/绿/黄/红四条 SW 下降轨迹对应不同的复位能量:蓝线下降最快(能量过剩,ZVS 远早于 T_ZVS),红线最慢(能量不足,ZVS 逼近 DT_Max)。IC 从 ADRV 下降沿开始计时,到 ZVS 比较器检出过零为止,把这个时间与 T_ZVS 的误差做数字积累:
- ZVS 早于 T_ZVS(SW 降得快)→ 复位能量有余 → 升频(有效缩短关断段)→ 复位 SW 的能量减少 → 低边所需导通时间缩短 → ΔIM 变小 → 环流损耗降低;
- ZVS 晚于 T_ZVS → 频率过高 → 降频保 ZVS;
- ZVS 始终不发生、直到 DT_Max(后备定时器)到期 → 本周期照常结束(LDRV 开通,接受一次硬开关),降频作用于下一周期——注意“当周期不补救”这个细节:占空比与负载电流支撑不受扰动,频率修正慢一拍执行。
净效果(DS 原文逻辑):占空比得以维持、负载电流得以支撑、频率随负载/线压自动调整到“ZVS 恰好准时”。
T_ZVS 的构成:T_ZVS = T_ZVS_A + T_ZVS_B;T_ZVS_A = DT_Max/2(粗调),T_ZVS_B 细调(型号解码选项 0/20/40/…/200 ns 步进)。三变体实测(typ):S02:DT_Max 449 ns、T_ZVS 415 ns;G03:276/221 ns;G04:276/261 ns。核对:A+B(S02=224.5+150=374.5 ns)略小于 T_ZVS 415 ns——两者非严格解析关系,差值属细调档位与内部延迟(推断,手册未给逐项等式)。
为什么这是“数字”调制:误差被量化积累(类似 ΔΣ 思路),而非模拟环秒调——好处是抗扰(单个 SW 毛刺不会立刻乱调频,04 篇陷阱 2 的容错基础)、坏处是调频有“惯性”(负载阶跃时频率跟随有节拍,业界经验:大动态响应主要靠 OCP 抬升而非变频速度)。
7. 自适应死区:三个定时器在七数量级斜率里工作(DS §6.20,图 24)

先分清两种模式(图 24 下半波形):
- 储能模式(Energy Storage):低边管(或其体二极管)导通,SW≈地电位,原边电感电流正斜率爬升——正常反激储能段;
- 谐振模式(Resonant):SW 被推高(钳位电容接管),电流可进出钳位电容——能量在钳位电容储存与循环的时段。
为什么死区要自适应:储能→谐振转换中,SW 要给低边管的大 COSS 充电(低电压段斜率约 100 MV/s)、再给高边管 COSS 充/放电(接近钳位电压段电容骤减,斜率可到 10 GV/s)。这段 SW 爬升时间由管子 COSS、原边电流、磁化电感、漏感共同决定——全是设计变量,固定死区必然顾此失彼。
三个定时器的接力(图 24 虚线标注):
- DT_Max 后备:LDRV 逻辑转低瞬间启动。这是失效保护死区——无论 SW 发生什么,最多等这么久(S02 449 ns / G03、G04 276 ns typ)。
- DT_E_R 精调(储能→谐振):LDRV 关断后监视 SW,越过 9.6 V 阈值(DT_E_R_VTH,为什么是 10 V 量级而非 0 V:低电压段斜率太慢、比较器在 0 附近抖动,取“已有效爬升”的确认点——本库推断)后启动 DT_E_R(46 ns typ),到期 ADRV 才发 5 V 高开通钳位管。若 DT_Max 先到期而 SW 还没过阈(谐振失败)→ 计一次失败,但 ADRV 不强制开——钳位管不该在错误时刻硬开。
- DT_R_E 精调(谐振→储能):周期结束 ADRV 转低,再次启动 DT_Max;SW 放电跌到 9.6 V(DT_R_E_VTH)启动 DT_R_E(20 ns typ);DT_R_E 或 DT_Max 任一到期→LDRV 开通主管。
边界规则:DT_Max 只在完全 ACF 模式生效——ACF↔DCM 转换的 LEM 期间与 ACF 软启动的 LEM 段被消隐(此时 ADRV 脉冲本来就是渐入渐出的,见 §8)。
与 ZVS 变频的分工:自适应死区管“这一周期等到 SW 真的到位再开”(时间域微调),变频管“让 SW 到位的时刻整体落在 T_ZVS”(周期级调整)——一个像秒表精调、一个像配速,两层闭环共享 SW 信息但带宽不同(本库推断的工程理解)。
8. DCM↔ACF 转换:LEM 软启/软停(DS §6.13/6.14,图 15~17)
为什么需要专门管理:ACF(≥F(RT))与 DCM(≤F(RT)/2)之间隔着一个 2:1 频率台阶,且 SW 节点行为完全不同(ACF 期 SW 被钳位电容拉住;DCM 期退磁后振铃)。若让 ADRV 脉冲“一步进/一步出”,SW 在错误相位被钳位电容拽住→硬开关、抽干钳位电容能量、初次级大尖峰(DS 原文描述的事故链)。
DCM→ACF(软启动,前沿调制 LEM):满足全部条件(FB>ATH 档位基准、DCM 满 NDCM=18 个周期、无故障)后,ADRV 脉冲从约 250 ns 最小值起,在 TDCM_ACF_Trans=4 ms typ 内受控递增至 1−D——前沿调制即“钳位管在周期前沿逐渐吃进宽度”。期间次级电流形状逐渐从退磁三角变成谐振正弦;LEM 完成后整个 1−D 段都能看到谐振电流。完成后还有 tDCM_ACF_HOLD=1 ms typ 消隐期。观察窗:满载→0 A 的典型转换(DS 图 16)依次经历 DCM/Skip 交替→DCM→LEM→ACF,频率 F→F/2→32 kHz 台阶、限流 790 mV→转为按频率的限流→LEM 后抬升电平维持 1 ms——拿示波器对模式切换时,这条“标准剧本”是判读基准。
ACF→DCM(软停止,LEM):FB 低于 VDTH 且保持 TACF_DCM_HOLD=12 ms typ→进入 LEM:ADRV 占空比在 tACF_DCM_Trans≈0.5 ms typ(G03/G04;S02=0 ms 即立即退出)内多周期渐出,同时频率非线性折返到 F(RT)/2。两种结局(DS 原文):顺利则以“无对地振铃”进入完全 DCM;若 SW 在下降振铃中被体二极管钳地时高边还开着→系统被扰动、钳位电容能量被抽干——所以软停止的渐出节奏就是在避开这个相位窗口。
NDCM=18 的角色:DCM 至少驻留 18 个开关周期才许回 ACF——把模式切换频率压到远低于环路穿越频率,防止 FB 在门限附近抖动时模式高频振荡(机理推断,数值为 DS 事实)。
9. ATH/DTH 阈值机制:量化 vs 线性(DS §6.15/6.16,图 18~20)
- ATH(DCM→ACF,上台阶):10 µA ±5% 电流源×外接电阻→引脚电压→4 位 A/D 量化 15 档(50 mV~1.63 V)→每档映射片内精密基准(1.04~3.28 V,±2.5%)。妙处:引脚电压只用来“选档”,实际门限是片内基准——电阻温漂/容差不进误差链,且 15 档间隙天然抗毛刺。EVM 候选 49.9 kΩ→499 mV→bin6→2.0 V(推断)。
- DTH(ACF→DCM,下台阶):16 µA×RDTH 线性映射(0~187.5 kΩ→0~3 V),无量化;VCC(on) 后灌出,软启动+强制 ACF 结束后实时观测;FB 下降穿阈且保持 12 ms typ→切换。DCM 运行中 DTH 电流源关断(省电)。
- 两门限构成迟滞带:负载上升过 ATH 才回 ACF、下降过 DTH 才出 ACF——迟滞宽度 = 设计者的两颗电阻。DS 图 16 示例取 ATH=3.2 V(对应 RATH=161.2 kΩ 档)、DTH 更低。别倒挂:DTH≥ATH 时迟滞消失(推断,机理必然)。
10. 高压启动、掉电与掉线检测(DS §6.2/6.5/6.6,图 4~9)
- 两段电流源:VCC<0.57 V typ 前用 Istart1=0.54 mA(弱充,防 VCC 短路时大电流),越过 inhibit 后切 Istart2=3.67 mA 快充。复算验证(顺带证明 mA 单位正确性):0.47 µF 从 0 充到 15.2 V:0.47µ×0.57V/0.54mA=0.50 ms + 0.47µ×14.63V/3.67mA=1.87 ms ≈ 2.37 ms,DS 标 tstart-up=2.53 ms typ——量级与构成完全吻合 ✓。
- 启动失败的礼貌重试:输入不满足 Brown-in 时,电流源禁用,等 VCC 跌破 VCC(off) 再等 tdelay(Vcc_off)=42 ms typ 重充——避免对弱输入“疯狂试探”。
- 掉电判定双时钟:tHV(stop)=50 ms typ(承受过 ≤2 个交流周期的瞬时跌落)+ tdelay(HV_stop)=396 ms typ(确认真掉电);恢复要 VHV>113 V typ 持续 70 ms typ(tdelay(HV_start))。
- 掉线检测(Line Removal):线电压量化器跟踪 HMHVV(保持最大 HV 值)/CHVV(当前值),每 32 ms 至多一档升降、大幅变化前置滤波 253 µs(DS 原印 ms,译注疑为 µs)——一旦判掉线立即停开关(ACF 的大量参数依赖线电压,带线乱开有风险),进入等待态直到重新上电或 VCC 跌破 6.1 V。外围红线:HV 串联电阻 ≤3 kΩ、对地电容 ≤22 pF(超线即误判,见 01 篇 §2.1)。
11. 双驱动器与 VCC 供给(DS §6.19,图 23)
- LDRV(主管):拉/灌 0.855/1.41 A typ,1.5 nF 下 10.7/6.5 ns,输出钳位 11.75 V typ——直驱中型栅荷足够;EVM 因用大栅荷 ThinPak 管,LDRV 降格为 NCP51530 的逻辑输入,由 1.9 A 驱动器代劳(05 精译)。代价:驱动电流从 VCC 取——ICC4=4.0 mA typ@100 kHz、ICC5=13 mA typ@500 kHz/10 V(条件不同,注意区分)。
- ADRV(钳位管信号):5 V 逻辑(钳位 4.75 V),65/150 mA typ,最小脉宽 234 ns typ;固定死区 LDRV 关→ADRV 开:S02=20 ns、G03/G04=0 ns(GaN 变体零固定死区——全交给自适应死区管理,型号解码表的直接推论)。
- VCC 预算(式 2 机理):栅驱动电流 ≈ f_sw×Qg 之和。DS 数例:218.1 kHz×17 nC + 235 kHz×17 nC ≈ 7.7 mA——变频系统的驱动损耗要按平均频率算,这就是式 1 用“梯形近似”算软启动期平均频率的原因(详细 CVCC 计算放 03 篇步骤 8)。
12. 软启动与强制 DCM:为什么开头要“假跑”DCM(DS §6.17,图 21)
VCC(on) + VHV>113 V + 无故障 + tdelay(start)=34 ms typ 到期后开始软启动。IC 的自然倾向是第一条脉冲就进 ACF(FB 被内部上拉到 5 V,高于任何 ATH 档)——但此时高边驱动器的自举电容还没充过电。所以前 tDCM_SS=706 µs typ(条件 RT=33 kΩ)强制跑 DCM:给高边侧足够脉冲数把 boot 电容充满,同时频率从 F(RT)/2 斜坡上升(DS 表述为爬向 RT 频率一半、图 21 示意 F(RT)→F/2→31 kHz→0 Hz 的分段),PWM 脉宽经内部限流基准渐宽。之后经 LEM 缓慢增加 ADRV 宽度,限流到达最大值后进 ACF;再等 TMODE_Sam=16 ms typ(DS 表述约为软启动时间两倍)让输出稳压、FB 稳定,模式判定逻辑才放手随负载自行切换。
首脉冲电流由最小导通时间决定(LEB+CS 比较器传播+栅驱+FET 关断之和)——首脉冲不是零宽度,软启动设计要保证首脉冲能量不冲击输出(DS 原文提示,设计上输出电容按此吸收,本库推断)。
12.1 关键时序全景:上电到稳压的完整时间轴
把 DS 分散在图 5/6/21 的三张时序图拼成一条时间轴(各段数值均 DS typ;实际按条件浮动):
t=0 插上交流
│ Istart1 0.54 mA 慢充(VCC<0.57 V)
│ Istart2 3.67 mA 快充 ──► tstart-up ≈ 2.5 ms(CVCC=0.47 µF)
▼
t≈2.5 ms VCC=15.2 V(VCC(on))→ HV 电流源关闭;等待 Brown-in 确认
│ (输入不达标:等 VCC 跌到 9 V + 42 ms 后重试,循环)
▼
t≈36 ms tdelay(start)=34 ms 静默期结束(内部电源稳定)
│ 强制 DCM:tDCM_SS≈706 µs,频率 F(RT)/2 爬坡,boot 电容充电
│ 软启动:tsoft-start≈7.5 ms,限流基准从 0 爬到 Ilimit,脉宽渐宽
▼
t≈44 ms LEM:ADRV 从 250 ns 渐增到 1−D(tDCM_ACF_Trans≈4 ms typ)
│ 限流抬升电平保持 1 ms → 完全 ACF
▼
t≈64 ms TMODE_Sam≈16 ms 到期 → 模式判定逻辑放手,随负载自动切换
读表三要点:①从插电到稳压要 60 ms 量级——PD 场景下认证的“输出建立时间”预算要按此排(业界经验);②中间任何一环失败(VCC 崩、FLT 越窗、Brown-in 不满足)都回到 HVBC 循环,示波器上表现就是 VCC 锯齿(04 篇陷阱 8);③tdelay(start) 期间 LDRV 严格静默——把这段误判为“启动失败”是新手常见误读。
13. 保护体系逐个讲物理机理(DS §7)
| 保护 | 触发条件(typ) | 物理机理 | 响应 |
|---|---|---|---|
| 逐周期 OCP | VCS>785 mV(DCM);ACF 按频率 785→590 mV(100→300 kHz) | 为什么要随频率降阈值:ZVS 算法高线升频,同峰值电流下每秒送能更多,高线输出功率自然上浮——把 OCP 阈值随频率下调,恰好抵消这层上浮,让全工况最大输出功率对齐(机理为 DS 论证的工程复述) | 计数 +2/−1(一周期内无越限则 −1),满 5000 次按选项锁定/自恢复 |
| 转换期 OCP/SCP 抬升 | OCP 1.19 V、SCP 1.391 V,LEM 首个低边脉冲上升沿抬升、转换后再保持 1 ms | 进出 ACF 时 ΔIM 增大(LEM 渐变期钳位电流叠加),不抬阈值会把正常转换误判过流 | 阈值抬升+延时保持 |
| SCP | VCS>1.19 V,LEB 更短(38 ns G03/G04 vs OCP 121 ns) | 短路时 di/dt 极陡,更短消隐=更快识别;连续 5 次(NSCP)确认 | 计数确认后锁定/自恢复 |
| OPP | HV_GM=188 nS,从 CS 灌出,TUPDATE=30.7 ms 刷新 | 高线时电流斜率大、固定传播延迟输送更多能量——按线电压量化档位从 CS 灌出反向补偿电流,等效削峰值电流设定;所有 CS 比较器(含 PWM/冻结/OCP)同时受益 | 连续细调,响应慢,动态过载靠 OCP |
| FLT-OVP | VFLT>3.0 V,延时 35 ms | 稳压管+电阻从 VAUX 取样;上拉必须强于内部 1.75 V/1.58 kΩ 钳位才能达阈 | 锁定/自恢复(选项) |
| FLT-OTP | VFLT<0.40 V(NTC 掉),延时 33 ms;退出 0.937 V | 温度↑→NTC↓→分压↓;迟滞(0.40/0.937 V)防温度边界抖动;首电用 418 mV 退出阈值服务 65 ℃ 老化工位(04 篇陷阱 11) | 锁定/自恢复(选项) |
| VCC OVP | 27.8 V 持续 63 ms,锁存低功耗态 | 辅助绕组失控/反馈失效时保护 IC 与驱动栅压;复位须 VCC<6.1 V | 锁定(等效拔插电源) |
| Brown-out / 掉线 | VHV<98 V(滤波 396 ms)/ 掉线判定 | 输入塌了继续开关=无意义耗电+失控风险;ACF 参数依赖线电压,带线乱开更危险 | 停开关,HVBC 维持监视 |
| 热关断 | 150 ℃,迟滞 40 ℃ | 芯片自保(非系统过温;系统级靠 FLT+NTC) | 非锁定,降温自恢复 |
| HVBC | 故障/待机态 VCC 在 9.0~15.2 V 间充放循环 | 用 Istart2 断续供电维持“活着等重启”——功耗与在线监视的折中 | 持续至交流移除/VCC(reset)/重试到期 |
自恢复 vs 锁定的设计选择:自恢复(Tauto_retry=1.6 s typ)适合瞬时异常(过载、温度),用户无感恢复;锁定适合不可自愈故障(输出短路伴器件损坏、OVP),强制人工断电排查——两项均为出厂选项(S02/G03/G04 的解码行含 FLT/OCP/SCP 反应 L/R),订货时确定(DS §11)。
14. Device Functional Modes 汇总
| 模式 | 进入条件 | 频率 | SW/死区行为 | 典型场景 |
|---|---|---|---|---|
| 待机跳周期 | FB<400 mV typ | 30 kHz 钳位+跳脉冲 | 脉冲群间歇 | 空载/微载,<30 mW |
| DCM 折返 | FB<DTH 门限 | F(RT)/2 起线性折返至 30 kHz | 峰值电流冻结(<792 mV 后) | 轻载 |
| DCM 谷底 | 同上(折返起点) | ≈F(RT)/2 | 类 QR 谷底开通 | 中轻载 |
| 转换(LEM) | 跨 DTH/ATH 门限 | F↔F/2 台阶过渡 | DT_Max 消隐,ADRV 渐入渐出 | 模式边界 |
| ACF 变频 | FB>ATH 档位基准 | F(RT)~4.2×F(RT) 由 ZVS 调制 | 自适应死区全功能 | 重载/正常工作 |
| 强制 DCM(启动) | 软启动前 706 µs typ | F(RT)/2 斜坡上升 | boot 电容充电 | 上电 |
| 故障/HVBC | 任一保护触发 | 无开关 | 驱动拉低 | 等待自恢复/锁定 |
14.1 跳周期为什么“静音”:三级缓动的细节
跳周期本身是功率级的不连续——处理不好,脉冲群重复率落进 2~5 kHz 人耳敏感区就是投诉。NCP1568 用三级缓动把“跳”做软:
- 迟滞入口:VFB(skip)=400 mV 下跌破才跳、回升需超过 skip+66 mV typ(迟滞)——FB 悬在门限附近不会疯狂进出;
- 慢唤醒:TSkip_wake=24 ms typ——负载突增后不是下一周期就全力,而是等 FB 越阈+唤醒定时,脉冲群逐渐加密(这也是 PD 轻载→重载阶跃响应偏慢的结构性原因,动态指标设计时要计入,业界经验);
- 频率下限先行:跳之前频率已钳在 30 kHz——单个脉冲能量被 Fmin 限制,脉冲群的“颗粒”不会太大。
配套细节:待机电流 ICC2=0.26 mA typ(跳模式,不含 FB/FLT 电流)是待机 <30 mW 核算的芯片侧主项;跳模式下 DTH 电流源关断、死区逻辑休眠——省电与安静同时达成(DS 各节归纳)。
14.2 手册波形图 → 现场判读对照表
| DS 图 | 内容 | 现场对应问题 |
|---|---|---|
| 图 5/6 | 启动时序与延迟 | 打嗝启动(04 篇陷阱 8)的“标准剧本” |
| 图 7/8 | 掉电滤波/掉电期运行 | 输入瞬断穿越行为 |
| 图 9 | 掉线检测时序 | 随机停机(陷阱 1)判读 |
| 图 10 | 频率-负载全景 | 效率曲线凹陷定位 |
| 图 11/12 | F(RT) 曲线 / Dmax-F 曲线 | RT 选值与高频段占空比复核 |
| 图 13 | ZVS 数字调频时序 | 频率抖动/ZVS 丢失判读 |
| 图 15/16/17 | DCM↔ACF 转换与 LEM | 模式切换尖峰(陷阱 9)判读 |
| 图 18/19/20 | ATH/DTH 阈值设定 | 门限电阻设计依据 |
| 图 21 | 软启动占空比/频率调制 | 启动波形是否合格 |
| 图 24 | 死区与模式识别 | 硬开关定位(哪个定时器在接管) |
| 图 27/28/29 | 限流比较器/计数/OCP-SCP 时序 | 保护不动作/误动作 |
| 图 30/31 | 自恢复/锁定行为 | 故障注入测试预期 |
15. 与 UCC2897A 的代际差异:为什么新设计选 NCP1568
- ZVS 哲学:UCC2897A 定频+固定死区,ZVS 是设计点属性,线压/负载漂移后靠谐振元件“吃”偏差;NCP1568 闭环实测 SW,把 ZVS 变成控制属性——USB-PD 的输出电压五档+负载 0~100% 动态,恰恰是设计点法最怕的工况。
- 轻载效率:UCC2897A 单一 ACF 模式,轻载环流损耗无解;NCP1568 的五级接力(§3)把轻载还给 DCM——这是 PD 适配器过能效法规(CoC Tier2/DoE VI 等口径,业界经验)的关键。
- 驱动代际:UCC2897A 片上强驱 P 管受限于 P 管性能上限;NCP1568 的 5 V 逻辑+外部 N 管驱动器,让钳位管可以直接选与主管同代的超结/GaN N 管——RDS(on) 与 COSS 都便宜了一代。
- EMI 代价要计入核算:变频把单根谱线摊成梳齿,准峰值达标更容易但平均值滤波要按包络设计(业界经验);若存量平台已按定频认证,迁移需重做 EMI(README“不适合谁”的原因)。
精炼要点
| 要点 | 数值 | 为什么重要 |
|---|---|---|
| 变频方向律 | SW 降得快→升频;ZVS 迟到→降频 | 理解全部变频现象的钥匙,判读 SW/ZVS 波形的判据 |
| ZVS 电流储备 | 超结 ≈−0.5 A(GaN 更少) | 钳位电容/磁化电流设计的靶心 |
| T_ZVS | 221~415 ns typ 按型号 | 型号选型即选定 ZVS 时间窗,与开关管速度匹配 |
| 最小关断 590 ns | >400 kHz 后 Dmax 由它定 | 高频段匝比/占空比核算的分界线 |
| 2:1 频率台阶 | ACF≥F(RT),DCM≤F(RT)/2 | 理解为何切换必须 LEM 软过渡 |
| LEM 时长 | 4 ms 进 / 0.5 ms 出 / 12 ms 判定 | 模式切换观测窗与“抖动”误判的排除依据 |
| 死区三定时器 | DT_Max 276/449 ns + DT_E_R/DT_R_E | 硬开关排查时先看哪个定时器在接管 |
| OCP 频率曲线 | 785→590 mV(100→300 kHz) | 变频系统限流点核算的必查表 |
| 计数型保护 | OCP 5 k 次(+2/−1)、SCP 5 次 | 认证测试中“为什么还不保护”的答案 |
| 强制 DCM 706 µs | boot 电容充电专用 | 启动失败排查的第一 suspects |
| 跳周期唤醒 24 ms | TSkip_wake typ | PD 轻载→重载阶跃偏慢的结构性原因 |
上一级:NCP1568