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（$C_S$）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）

1. 检测原理：LLC谐振拓扑中，初级电流流经谐振电容$C_S$时，$C_S$两端会产生与电流成正比的电压（$V_{C_S}=\frac{1}{C_S}\int i_{pri}dt$），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。
2. 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）。
3. 分压目标：满载时，$C_S$两端最大电压$V_{C_S(max)}$经分压后，CS引脚电压$V_{CS(max)}$ ≤ 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）：

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：$C_{CS1}$（上分压电容）、$C_{CS2}$（下分压电容）；
• 辅助组件：$R_{CS1}$、$R_{CS2}$（限流+阻尼，阻值≤10Ω，可忽略容抗影响）；
• 分压比定义：$K_{CS}=\frac{V_{CS}}{V_{C_S}}=\frac{C_{CS1}}{C_{CS1}+C_{CS2}}$（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$V_{C_S(max)}$

满载时，$C_S$两端最大电压由母线电压（$V_{bulk}$）和拓扑特性决定，LLC拓扑中典型值：
$V_{C_S(max)}\approx 0.8\times V_{bulk}$

• 理由：谐振时$C_S$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，$V_{C_S(max)}\approx 0.8\times 400=320V$。

步骤2：确定目标分压比$K_{CS}$

根据芯片CS引脚电压约束，目标分压比需满足：
$K_{CS}\le \frac{V_{CS(max)}}{V_{C_S(max)}}$

• 已知：$V_{CS(max)}$ = 3~4V（推荐3.5V，留足裕量）；
• 公式推导：
  $K_{CS}\le \frac{3.5V}{V_{C_S(max)}}$
• 示例：$V_{C_S(max)}=320V$，则$K_{CS}\le 3.5/320\approx 0.0109$（即1/92，分压后CS电压≈3.5V）。

步骤3：选择分压电容$C_{CS1}$和$C_{CS2}$

电容分压比公式（核心！）：
$K_{CS}=\frac{C_{CS1}}{C_{CS1}+C_{CS2}}$
变形后可推导：
$C_{CS2}=C_{CS1}\times \frac{1-K_{CS}}{K_{CS}}$

选型原则：

1. 电容材质：优先选NP0/C0G（高频稳定性好，温漂≤±5%）；
2. 容值范围：$C_{CS1}$推荐1~10nF，$C_{CS2}$ 根据分压比计算（通常为$C_{CS1}$的几十~上百倍）；
3. 容差控制：$C_{CS1}$和$C_{CS2}$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$K_{CS}=0.0109$（1/92），选$C_{CS1}=1nF$，则：
$C_{CS2}=1nF\times \frac{1-0.0109}{0.0109}\approx 1nF\times 91.7\approx 91.7nF$
实际选型：$C_{CS2}=91nF$（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$R_{CS1}$、$R_{CS2}$选型：

• 阻值：$R_{CS1}=R_{CS2}=210\Omega$（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，$C_S$两端电压$V_{C_S(min)}$会降低，需确保分压后$V_{CS(min)}\ge 0.5V$（高于芯片内部噪声阈值，避免检测失效）：
$V_{CS(min)}=K_{CS}\times V_{C_S(min)}\ge 0.5V$

• 示例：轻载时$V_{C_S(min)}=30V$，$K_{CS}=0.0109$，则$V_{CS(min)}=30\times 0.0109\approx 0.327V$（略低），可适当减小$K_{CS}$（如选$C_{CS2}=82nF$，$K_{CS}=1/(1+82)=0.012$，则$V_{CS(min)}=30\times 0.012=0.36V$，仍偏低，可调整$C_{CS1}=2nF$，$C_{CS2}=150nF$，$K_{CS}=2/(2+150)\approx 0.013$，$V_{CS(min)}=30\times 0.013=0.39V$，接近0.5V，满足要求）。

四、关键补充：常见误区与修正

1. 误区1：用电阻分压器替代电容分压器
   错误原因：LLC的$V_{C_S}$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。

2. 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$V_{CS(max)}=5V$计算，实际有效检测范围会缩小。
   修正：计算时按$V_{CS(max)}$=3~4V设计，预留偏移电压空间。

3. 误区3：电容容值选得过大/过小
   错误原因：$C_{CS1}$、$C_{CS2}$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：$C_{CS1}$推荐1~10nF， $C_{CS2}$推荐10~100nF。

五、最终总结公式（快速套用）

1. 分压比：$K_{CS}=\frac{C_{CS1}}{C_{CS1}+C_{CS2}}\le \frac{3.5V}{0.8\times V_{bulk}}$
2. 下分压电容：$C_{CS2}=C_{CS1}\times \frac{1-K_{CS}}{K_{CS}}$
3. 验证公式：$V_{CS(max)}=K_{CS}\times 0.8\times V_{bulk}\le 3.5V$，
4. $V_{CS(min)}=K_{CS}\times V_{C_S(min)}\ge 0.5V$

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。