摘 要：NCP1351B是一款新型低功耗、離線式電流模式控制芯片。該芯片保護(hù)功能完善，同時(shí)具有良好的待機(jī)能耗。對(duì)芯片的2個(gè)重要特性待機(jī)工作模式和負(fù)電流檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行研究和分析；利用這2個(gè)特性設(shè)計(jì)腦電采集儀的電源。實(shí)際生活中要求腦電采集儀在空閑時(shí)自動(dòng)進(jìn)入待機(jī)工作模式，一旦開(kāi)始工作時(shí)，迅速進(jìn)入正常工作狀態(tài)，這就要求電源有良好的待機(jī)能耗。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于NCP1351B的腦電采集儀電源的帶負(fù)載能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好、輸出峰峰雜音小，同時(shí)具有很低的待機(jī)能耗，達(dá)到了節(jié)能目的。

關(guān)鍵詞：NCP131B；待機(jī)工作模式；負(fù)電流檢測(cè)技術(shù)；腦電采集儀

中圖分類號(hào)：TN41;TP33文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1004-373X(2008)08-022-03

Research and Design of the EEG Acquisition Instrument Printer Power

[JZ]Supply Based on NCP1351B

HU Yerong1，WU Peng2，ZHOU Jianfang1，LUO Xiaoshu1

(1.College of Physics and Electronic Engineering，Guangxi Normal University，Guilin，541004，China;

[JZ]2.Wuhan Nentron Technologies Co.Ltd.，Wuhan，430035，China)

Abstract：The NCP1351B is a new currentmode controller with low power consumption.This chip has perfect protection function and low power consumption.Two important features (standy operation mode and the negative sensing technique) are introduced.Finally，a power supply for EEG acquisition instrument based on NCP1351B is presented.In real life，it requires EEG acquisition instrument can switch to a standy operation mode during idle time automatically，once start to work，it can go back into normal working state quickly.so powerefficient is desired.Testified by the experiment，this power supply with NCP1351B for EEG acquisition instrument has strong load capacity，outstanding reliability and small noise.It consumes less power and reduces energy loss.

Keywords：NCP1351B;standy operation mode;negative sensing technique;EEG acquisition instrument

1 引 言

隨著全球能源危機(jī)的加深，人類節(jié)能環(huán)保意識(shí)不斷加強(qiáng)，解決能源的浪費(fèi)問(wèn)題需求日趨迫切。世界各國(guó)制定相關(guān)電子電器產(chǎn)品的待機(jī)功耗要求。目前，歐洲委員會(huì)和歐洲消費(fèi)電子制造商協(xié)會(huì)（EACEC）為消費(fèi)品制定了法律，要求所有的電源產(chǎn)品的最大空栽功耗不得大于0.3 W。

傳統(tǒng)的單端反激式電源采用經(jīng)典的UC3843控制芯片。UC3843是一款脈寬調(diào)制型（PWM）芯片。他是固定開(kāi)關(guān)頻率，通過(guò)改變脈沖寬度來(lái)調(diào)節(jié)占空比。其缺點(diǎn)是受驅(qū)動(dòng)脈沖傳輸延時(shí)的影響，負(fù)載變輕時(shí)，調(diào)節(jié)范圍變窄^[12]。

另外輸出端一般要接假負(fù)載，以防止空載時(shí)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(jī)功耗偏大，無(wú)法滿足現(xiàn)代的節(jié)能要求。

安森美公司推出了綠色節(jié)能型芯片NCP1351B，該芯片采用固定峰值電流技術(shù)（類似于固定Ton），本文采用該芯片設(shè)計(jì)的腦電采集儀電源通過(guò)降低空載時(shí)的工作頻率，滿足了待機(jī)低功耗的要求；輸出端不接假負(fù)載，輸出電壓也不會(huì)升高，能夠提供高穩(wěn)壓、高精度的電源。

2 NCP1351B簡(jiǎn)介

NCP1351B只需要極小的啟動(dòng)電流（≤20 μA），工作功耗小。其完善的保護(hù)功能，可以用來(lái)設(shè)計(jì)多種用途的電源：如輔助電源；低待機(jī)功耗的腦電采集儀電源；電池充電器等。各管腳的功能簡(jiǎn)述如下：

FB：反饋輸入端。流進(jìn)該端的電流決定芯片的工作頻率。

Ct：定時(shí)電容。定時(shí)電容容量決定無(wú)反饋電流時(shí)最大工作頻率。

CS:電流檢測(cè)端。接外部開(kāi)關(guān)管的過(guò)電流檢測(cè)電阻。

GND：地。

DRV：驅(qū)動(dòng)脈沖輸出端。接開(kāi)關(guān)管的柵極。

Vcc：電源端。

LATCH：鎖定輸出端。當(dāng)該端電壓超過(guò)VLATCH(一般為5 V)，將關(guān)閉驅(qū)動(dòng)脈沖。

TIMER：定時(shí)器設(shè)置端。外接電容，將設(shè)置保護(hù)電路的動(dòng)作時(shí)間。NCP1351B具有如下獨(dú)特的特性：

(1) 類似固定導(dǎo)通時(shí)間（Ton），改變關(guān)斷時(shí)間（Toff）的電流模式控制;

(2) 極低的啟動(dòng)電流;

(3) 峰值電流補(bǔ)償，減小變壓器的噪音;

(4) 可編程峰值電流檢測(cè)電壓，實(shí)現(xiàn)功耗的優(yōu)化;

(5) 具有完善的保護(hù)功能，包括帶滯后特性的欠電壓保護(hù)（UVLO）、過(guò)電流保護(hù)（亦稱過(guò)載保護(hù)，OPP）、過(guò)熱保護(hù)（OTP）、輸出短路保護(hù)、控制環(huán)路的開(kāi)環(huán)保護(hù)等功能;

(6) 輕負(fù)載時(shí)，增加關(guān)斷時(shí)間（Toff），滿足低待機(jī)功耗的要求。

3 NCP1351B的關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 待機(jī)工作模式

NCP1351B的待機(jī)工作模式基于輕負(fù)載時(shí)，反饋電流將減小，改變定時(shí)電容Ct的充電電壓，調(diào)節(jié)時(shí)鐘比較器翻轉(zhuǎn)的時(shí)間，從而改變工作頻率。

從NCP1351B的反饋輸入端FB端流進(jìn)光藕傳遞過(guò)來(lái)的反饋電流。實(shí)際上，F(xiàn)B端相對(duì)控制地可以等效一個(gè)二極管DFB，受控電流源IFB從控制地流出，在RB偏置電阻產(chǎn)生一個(gè)負(fù)壓降。此時(shí)，時(shí)鐘發(fā)生器的比較基準(zhǔn)電壓值大約等于：

[JZ]VCLOCK=Voffset－IFB×RFB

在空載或短路時(shí)，IFB幾乎接近于0，VCLOCK電壓達(dá)到最高，定時(shí)電容的充放電時(shí)間將延長(zhǎng)，時(shí)鐘發(fā)生器的翻轉(zhuǎn)周期（T）將減?。ㄒ簿褪枪ぷ黝l率增加）。

在峰值電流控制模式下，空載時(shí)降低工作頻率。工作頻率會(huì)下降到人耳的可聽(tīng)頻段，產(chǎn)生機(jī)械振蕩，很容易發(fā)出音頻噪音。NCP1351B通過(guò)固定峰值電流檢測(cè)，在輕載時(shí)、頻率下降，同時(shí)峰值電流大約只有最大峰值的30%，以免變壓器發(fā)生機(jī)械振蕩，產(chǎn)生音頻噪音，維持良好的待機(jī)能耗表現(xiàn)。

3.2 負(fù)電流檢測(cè)技術(shù)

3.2.1 正電流檢測(cè)技術(shù)的缺點(diǎn)

傳統(tǒng)的電流型控制芯片，一般采用正電流檢測(cè)技術(shù)，這種檢測(cè)技術(shù)有以下缺點(diǎn)：

(1) 無(wú)法調(diào)節(jié)峰值電流的檢測(cè)電壓，基準(zhǔn)電壓集成在控制芯片內(nèi)部；

(2) 門電壓等于驅(qū)動(dòng)電壓減去峰值電流檢測(cè)電阻（Rsense）上的電壓。

如果VCC=7 V，假設(shè)滿載，此時(shí)：

[JZ]Vsense1 V， Vgs=7 V-1 V=6 V。

(3) MOS管開(kāi)通時(shí)（由于Ciss存在），在Rsense上會(huì)產(chǎn)生一尖峰電壓，干擾控制環(huán)路，使電源穩(wěn)定性降低。而負(fù)峰值電流檢測(cè)技術(shù)可以解決上面問(wèn)題。

3.2.2 電路工作原理

電路工作原理描述如下：

VCS=Roffset×ICS-Rsense×ILp。

(1) 當(dāng)VCS＞Vth，電流誤差放大器輸出低電平，不動(dòng)作。

(2) 當(dāng)VCS＜Vth，電流誤差放大器輸出高電平，關(guān)閉驅(qū)動(dòng)脈沖。

在輕載時(shí)，ILp很小，VCSRoffset×ICS。ICS最大值為270 μA，通過(guò)改變Roffset的阻值，可以減小VCS，調(diào)節(jié)負(fù)峰值電流的檢測(cè)電壓。由于控制地與MOS管的源極相連，所以門電壓等于驅(qū)動(dòng)電壓。

4 NCP1351B在腦電采集儀電源設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

4.1 基于NCP1351B的腦電采集儀電源樣機(jī)原理圖

腦電采集儀是醫(yī)院中檢測(cè)病人腦電圖的常見(jiàn)的設(shè)備，由于病人的到來(lái)具有不確定性和間隔性，因此其待機(jī)工作時(shí)間長(zhǎng)，這就要求電源在腦電采集儀空閑時(shí)自動(dòng)進(jìn)入待機(jī)工作模式，一旦開(kāi)始工作時(shí)，迅速進(jìn)入正常工作狀態(tài)。要求電源動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，能根據(jù)負(fù)載情況，自動(dòng)切換

。

基于NCP1351B設(shè)計(jì)的“綠色節(jié)能”腦電采集儀電源樣機(jī)原理圖如圖1，2所示。

圖1 基于NCP1351B芯片的核心電路原理圖

R1，R2是啟動(dòng)電阻，提供芯片的啟動(dòng)電流。

電源第一次啟動(dòng)時(shí)，通過(guò)R1，R2和EC2，C8提供工作電源。電源啟動(dòng)后，輔助繞組給芯片供電。由于變壓器漏感以及PCB板寄生參數(shù)的影響，MOS管關(guān)斷時(shí)會(huì)產(chǎn)生很高的尖峰電壓。R3，C2，D5組成一個(gè)簡(jiǎn)單的RCD鉗位電路，防止MOS管擊穿。R4，C5組成一個(gè)低通濾波器，有效抑制尖峰電流的干擾。U3(431) 提供2.5 V的基準(zhǔn)，與U2B構(gòu)成輸出級(jí)的電壓反饋，通過(guò)U2A流過(guò)的電流在R上形成反饋電壓，構(gòu)成一個(gè)完整的閉環(huán)電路，使輸出級(jí)電壓恒定不變。

4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

在輸入電壓220 V時(shí)，空載功耗為180 mW；在輸入電壓100 V時(shí)，空載功耗為210 mW。

實(shí)驗(yàn)波形如圖3所示：

經(jīng)過(guò)測(cè)試，基于NCP1351B的腦電采集儀電源樣品空載功耗小于300 mW，符合目前電源產(chǎn)品的最大空栽功耗不得大于0.3 W的要求。

圖2 腦電采集儀的輸出級(jí)電路原理圖[LL]

5 結(jié) 語(yǔ)

本文利用NCP1351B芯片良好的待機(jī)能耗和完善的保護(hù)功能的優(yōu)點(diǎn)，簡(jiǎn)化了腦電采集儀電源的外圍電路設(shè)計(jì)，從而減小體積、降低成本。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明基于NCP1351B的腦電采集儀電源的負(fù)載效應(yīng)小、穩(wěn)壓精度高、輸出峰峰雜音小，基本上滿足現(xiàn)有各種電源的要求。

圖3 實(shí)驗(yàn)波形

參 考 文 獻(xiàn)

［1］沙占友.新型單片開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)與應(yīng)用技術(shù)\\[M\\].北京：電子工業(yè)出版社，2004.

［2］徐德鴻，沈旭.開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)指南\\[M\\].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

［3］鄭耀添.L4960單片開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)\\[J\\].現(xiàn)代電子技術(shù)，2007，30(12):2931，34.

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作者簡(jiǎn)介 胡葉容 女，漢族，1981年出生，廣西師范大學(xué)電路與系統(tǒng)工程碩士研究生。研究方向?yàn)槟X電信號(hào)處理。

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文