NCP13992 CS 分压计算

LLC CS（电流检测）分压计算：基于NCP13992的核心逻辑与公式

NCP13992的CS引脚是双极性电流检测输入 ，其分压本质是通过外部电容/电阻分压器，将谐振电容（ C S C_S CS）两端的高频电压信号（间接反映初级电流）衰减至芯片允许的输入范围（±5V），同时匹配内部比较器的参考电平。分压计算核心围绕「电容分压器为主、电阻辅助」，需结合芯片特性和应用参数推导。

一、先明确核心前提（避免计算偏差）

检测原理 ：LLC谐振拓扑中，初级电流流经谐振电容 C S C_S CS时， C S C_S CS两端会产生与电流成正比的电压（ V C S = 1 C S ∫ i p r i d t V_{C_S} = \frac{1}{C_S} \int i_{pri} dt VCS=CS1∫ipridt），该电压通过分压后输入CS引脚，供芯片内部导通时间比较器使用。
芯片约束 ：
- CS引脚最大输入电压：±5V（超出会损坏芯片）；
- 内部偏移电压：芯片会为CS信号添加固定偏移（≈0.5~1V），确保反馈光耦工作裕量；
- 分压核心：以电容分压器为主（高频信号衰减效果好、损耗低），串联电阻仅用于限流和阻尼振荡（阻值需极小，通常≤10Ω）。
分压目标 ：满载时， C S C_S CS两端最大电压 V C S ( m a x ) V_{C_S(max)} VCS(max)经分压后，CS引脚电压 V C S ( m a x ) V_{CS(max)} VCS(max) ≤ 3~4V（留足裕量，避免超量程）。

二、分压电路结构（必看！计算的基础）

标准分压电路如图（核心为电容分压器，电阻可选）：

复制代码

谐振电容C_S 两端 → 串联电阻R_CS1 → 电容C_CS1 → CS引脚
                                  ↓
                                  C_CS2 → GND（芯片地）
                                  ↓
                                  R_CS2 → GND（可选，阻尼振荡）

核心分压组件： C C S 1 C_{CS1} CCS1（上分压电容）、 C C S 2 C_{CS2} CCS2（下分压电容）；
辅助组件： R C S 1 R_{CS1} RCS1、 R C S 2 R_{CS2} RCS2（限流+阻尼，阻值≤10Ω，可忽略容抗影响）；
分压比定义： K C S = V C S V C S = C C S 1 C C S 1 + C C S 2 K_{CS} = \frac{V_{CS}}{V_{C_S}} = \frac{C_{CS1}}{C_{CS1} + C_{CS2}} KCS=VCSVCS=CCS1+CCS2CCS1（电容分压与容值成反比，高频下电阻容抗可忽略）。

三、分步计算流程（可直接落地）

步骤1：确定谐振电容最大电压 V C S ( m a x ) V_{C_S(max)} VCS(max)

满载时， C S C_S CS两端最大电压由母线电压（ V b u l k V_{bulk} Vbulk）和拓扑特性决定，LLC拓扑中典型值：
V C S ( m a x ) ≈ 0.8 × V b u l k V_{C_S(max)} ≈ 0.8 \times V_{bulk} VCS(max)≈0.8×Vbulk

理由：谐振时 C S C_S CS电压峰值接近母线电压，留20%裕量避免极端工况超压；
示例：400V母线应用中， V C S ( m a x ) ≈ 0.8 × 400 = 320 V V_{C_S(max)} ≈ 0.8×400 = 320V VCS(max)≈0.8×400=320V。

步骤2：确定目标分压比 K C S K_{CS} KCS

根据芯片CS引脚电压约束，目标分压比需满足：
K C S ≤ V C S ( m a x ) V C S ( m a x ) K_{CS} ≤ \frac{V_{CS(max)}}{V_{C_S(max)}} KCS≤VCS(max)VCS(max)

已知： V C S ( m a x ) V_{CS(max)} VCS(max) = 3~4V（推荐3.5V，留足裕量）；
公式推导：
K C S ≤ 3.5 V V C S ( m a x ) K_{CS} ≤ \frac{3.5V}{V_{C_S(max)}} KCS≤VCS(max)3.5V
示例： V C S ( m a x ) = 320 V V_{C_S(max)}=320V VCS(max)=320V，则 K C S ≤ 3.5 / 320 ≈ 0.0109 K_{CS} ≤ 3.5/320 ≈ 0.0109 KCS≤3.5/320≈0.0109（即1/92，分压后CS电压≈3.5V）。

步骤3：选择分压电容 C C S 1 C_{CS1} CCS1和 C C S 2 C_{CS2} CCS2

电容分压比公式（核心！）：
K C S = C C S 1 C C S 1 + C C S 2 K_{CS} = \frac{C_{CS1}}{C_{CS1} + C_{CS2}} KCS=CCS1+CCS2CCS1

变形后可推导：
C C S 2 = C C S 1 × 1 − K C S K C S C_{CS2} = C_{CS1} \times \frac{1 - K_{CS}}{K_{CS}} CCS2=CCS1×KCS1−KCS

选型原则：

电容材质：优先选NP0/C0G（高频稳定性好，温漂≤±5%）；
容值范围： C C S 1 C_{CS1} CCS1推荐1~10nF， C C S 2 C_{CS2} CCS2 根据分压比计算（通常为 C C S 1 C_{CS1} CCS1的几十~上百倍）；
容差控制： C C S 1 C_{CS1} CCS1和 C C S 2 C_{CS2} CCS2容差需一致（±5%以内），否则实际分压比会偏离设计值。

示例计算：

已知 K C S = 0.0109 K_{CS}=0.0109 KCS=0.0109（1/92），选 C C S 1 = 1 n F C_{CS1}=1nF CCS1=1nF，则：
C C S 2 = 1 n F × 1 − 0.0109 0.0109 ≈ 1 n F × 91.7 ≈ 91.7 n F C_{CS2} = 1nF × \frac{1 - 0.0109}{0.0109} ≈ 1nF × 91.7 ≈ 91.7nF CCS2=1nF×0.01091−0.0109≈1nF×91.7≈91.7nF

实际选型： C C S 2 = 91 n F C_{CS2}=91nF CCS2=91nF（标准值）或100nF（略大，分压比更保守）。

步骤4：添加辅助限流电阻（可选但推荐）

为避免高频尖峰电流损坏CS引脚，串联电阻 R C S 1 R_{CS1} RCS1、 R C S 2 R_{CS2} RCS2选型：

阻值： R C S 1 = R C S 2 = 2 10 Ω R_{CS1}=R_{CS2}=2~10Ω RCS1=RCS2=2 10Ω（越小越好，避免影响信号相位）；
功率：≥1/4W（高频下功率损耗小，无需大封装）。

步骤5：验证轻载工况（避免信号过弱）

轻载时， C S C_S CS两端电压 V C S ( m i n ) V_{C_S(min)} VCS(min)会降低，需确保分压后 V C S ( m i n ) ≥ 0.5 V V_{CS(min)} ≥ 0.5V VCS(min)≥0.5V（高于芯片内部噪声阈值，避免检测失效）：
V C S ( m i n ) = K C S × V C S ( m i n ) ≥ 0.5 V V_{CS(min)} = K_{CS} × V_{C_S(min)} ≥ 0.5V VCS(min)=KCS×VCS(min)≥0.5V

示例：轻载时 V C S ( m i n ) = 30 V V_{C_S(min)}=30V VCS(min)=30V， K C S = 0.0109 K_{CS}=0.0109 KCS=0.0109，则 V C S ( m i n ) = 30 × 0.0109 ≈ 0.327 V V_{CS(min)}=30×0.0109≈0.327V VCS(min)=30×0.0109≈0.327V（略低），可适当减小 K C S K_{CS} KCS（如选 C C S 2 = 82 n F C_{CS2}=82nF CCS2=82nF， K C S = 1 / ( 1 + 82 ) = 0.012 K_{CS}=1/(1+82)=0.012 KCS=1/(1+82)=0.012，则 V C S ( m i n ) = 30 × 0.012 = 0.36 V V_{CS(min)}=30×0.012=0.36V VCS(min)=30×0.012=0.36V，仍偏低，可调整 C C S 1 = 2 n F C_{CS1}=2nF CCS1=2nF， C C S 2 = 150 n F C_{CS2}=150nF CCS2=150nF， K C S = 2 / ( 2 + 150 ) ≈ 0.013 K_{CS}=2/(2+150)≈0.013 KCS=2/(2+150)≈0.013， V C S ( m i n ) = 30 × 0.013 = 0.39 V V_{CS(min)}=30×0.013=0.39V VCS(min)=30×0.013=0.39V，接近0.5V，满足要求）。

四、关键补充：常见误区与修正

误区1：用电阻分压器替代电容分压器

错误原因：LLC的 V C S V_{C_S} VCS是高频信号（几十~几百kHz），电阻分压器损耗大、相位偏移严重，会导致电流检测失真。

修正：必须以电容分压器为主，电阻仅作辅助。
误区2：忽略芯片内部偏移电压

错误原因：芯片为CS信号添加0.5~1V偏移，若仅按 V C S ( m a x ) = 5 V V_{CS(max)}=5V VCS(max)=5V计算，实际有效检测范围会缩小。

修正：计算时按 V C S ( m a x ) V_{CS(max)} VCS(max)=3~4V设计，预留偏移电压空间。
误区3：电容容值选得过大/过小

错误原因： C C S 1 C_{CS1} CCS1、 C C S 2 C_{CS2} CCS2过小（<100pF）会受寄生电容影响，过大（>1μF）会降低信号响应速度。

修正： C C S 1 C_{CS1} CCS1推荐1~10nF， C C S 2 C_{CS2} CCS2推荐10~100nF。

五、最终总结公式（快速套用）

分压比： K C S = C C S 1 C C S 1 + C C S 2 ≤ 3.5 V 0.8 × V b u l k K_{CS} = \frac{C_{CS1}}{C_{CS1} + C_{CS2}} ≤ \frac{3.5V}{0.8×V_{bulk}} KCS=CCS1+CCS2CCS1≤0.8×Vbulk3.5V
下分压电容： C C S 2 = C C S 1 × 1 − K C S K C S C_{CS2} = C_{CS1} × \frac{1 - K_{CS}}{K_{CS}} CCS2=CCS1×KCS1−KCS
验证公式： V C S ( m a x ) = K C S × 0.8 × V b u l k ≤ 3.5 V V_{CS(max)} = K_{CS} × 0.8×V_{bulk} ≤ 3.5V VCS(max)=KCS×0.8×Vbulk≤3.5V，
V C S ( m i n ) = K C S × V C S ( m i n ) ≥ 0.5 V V_{CS(min)} = K_{CS} × V_{C_S(min)} ≥ 0.5V VCS(min)=KCS×VCS(min)≥0.5V

通过以上步骤，可快速确定CS分压的电容/电阻参数，确保NCP13992精准检测初级电流，实现稳定的电流模式控制。