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安森美半導體針對筆記型電腦及印表機電源適配器等應用...

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brian 發表於 2013-12-26 11:37 | 顯示全部樓層 |閱讀模式

筆記型電腦、液晶顯示器及印表機等產品都要使用AC-DC電源適配器作為供電電源。這些適配器長時間處於空載待機模式,而且用量巨大,但相當多現有產品的待機能耗較高,因此電能浪費也巨大。為了節省能耗,美國「能源之星」標準對此類外部電源(EPS)的空載能耗制定了明確要求,規定功率50 W以下的AC-DC EPS空載能耗不得超過0.3 W;50 W至250 W的AC-DC空載能耗不得超過0.5 W。目前市場上較佳性能的AC-DC適配器最佳空載能耗性能是30 mW左右。而安森美半導體NCP1246的空載能耗小於16 mW,利用NCP1246 + NCP4354實現的低待機能耗解決方案可超越「能源之星」的要求,適用於功率65 W的電源適配器,並能實現20 mW以下的極低待機能耗;NCP1254/5/49則是帶峰值功率擴充的電流模式PWM控制器,用於印表機適配器,同樣具有極低的空載待機能耗。


高壓固定頻率電流模式反激控制器的特性及應用

安森美半導體針對高壓固定頻率電流模式反激控制器包含NCP1246、NCP1247、NCP1248和NCP1240等元件。NCP1246/7/8均可通過光耦觸發低功耗關閉模式。在正常工作期間,20 kΩ上拉電阻在FB接腳上提供250 μA偏置電流;在關閉模式期間,VFB(reg)為0 V,FB接腳另由小得多的5 μA電流源偏置。這些元件只需要極小的光耦電流來維持關閉模式。由於光耦的低電流傳輸比(CTR),NCP4353/4使用150 μA電流來確保關閉模式可靠,見圖1。

1:通過光耦觸發低功耗關閉模式


NCP1246是一款滿足「能源之星」要求的初級端控制器。其特性包括頻率反走、跳週期模式、高壓啟動、動態自供電(DSS)、輸入欠壓(BO)檢測、有源X2電容放電、基於定時器的過功率保護(OPP)、頻率抖動、嚴重故障時閂鎖、自動恢復或閂鎖選擇的過流保護(OCP),以及空載待機能耗< 30 mW。其市場及應用包括:AC適配器(筆記型電腦、液晶顯示器和印表機)、開放式電源(DVD、STB)、離線電池充電器、消費類電子產品電源等。

NCP1247/48均為低待機功耗高壓啟動定頻控制器,重要應用是筆記型電腦和印表機AC電源適配器,以及DVD、STB的開放式電源。NCP1247基於NCP1246,具有NCP1246的全部特性及更多特性,如延長維持時間(52ms)、更好的X2放電序列;延長連續閘極驅動,改善高壓接腳高低壓OCP補償,更適合於同步整流(SR)應用,為PLD測試提供新的輸入欠壓(BO)檢測選擇;還增加了70 Vac。NCP1248基於NCP1247,可提供NCP1247的全部特性及更多特性,消除了輕載期間的固定電流設定點,減小了FB接腳上的跳週期模式閾值。

NCP1240是一個低待機能耗高壓啟動定頻控制器,即將於2014年第二季度提供樣品,可用於英特爾Haswell CPU電源應用。此元件基於NCP1248,提供NCP1248的全部特性及更多特性,如雙OCP、快速OCP定時器,以及2 ms軟OCP定時器。

NCP124x系列是為空載和輕負載條件下最大限度地降低能耗而專門最佳化的。元件可動態自供電,內置了有源X2電容放電;可以進入省電休眠狀態,提供輸出電壓打嗝模式;在輕負載條件下降低頻率,並採用跳週期模式;省去了放電電阻,從而節省了電力及元件;在空載條件下顯著降低了功耗,保持整個線路/負載範圍內的高效率。
此外,在嚴重故障情況下,NCP124x可閉鎖輸入,允許直接連接NTC;基於定時器的保護可自動恢復或鎖定;具有高壓啟動電路;在整個負載範圍內軟化EMI干擾的頻率抖動;實現高達30 V的Vcc 操作。

值得一提的是,為了符合安規標準,AC-DC電源必須具備在撥出交流插頭後不到1秒時間內將電磁干擾(EMI)濾波器X2輸入電容放電的能力。為了符合此要求,常使用與電容並聯的一串高阻抗電阻,但是,電阻型消耗源(drain)消耗約25 mW輸入能耗,當考慮到空載輸入能耗時,此25 mW能耗相對較大。安森美半導體的方案採用有源X2電容放電來檢測斷開交流連接狀況,並通過開關觸發電容放電。NCP124x的HV接腳包含了交流線路撥出檢測器,如果定時器定時到期,輸入即為直流,放電電路被觸發,X2電容放電,見圖2。


2:NCP124x交流線路斷開檢測器


次級端控制器的特性及應用

安森美半導體的NCP4353/4是專為與NCP1246配合使用而設計的一款低待機能耗次級端恆流恆壓 (CCCV) 控制器。NCP4354帶有LED驅動器(圖3),而NCP4353不帶LED驅動器。NCP4353/4可檢測空載條件,並使初級端控制器(如NCP1246)進入低能耗關閉模式;在關閉模式期間,初級端控制器關閉,由輸出電容提供電能,因而省去維持穩壓所要求的能耗。在關閉模式期間,輸出電壓減小,並可減小至可調節電平。一旦要求更多電能,NCP4353/4就會自動重啟初級端控制器。NCP4353/4使用「有源關閉」訊號來控制初級端控制器,這表示它在關閉模式期間驅動光耦來下拉初級端控制器的FB接腳。NCP1246/7/8初級端控制器與NCP4353/4次級端控制器結合在一起使用,可提供低於16 mW的空載輸入能耗,用於筆記型電腦適配器及其他外部電源適配器等應用。


3:NCP4353/4與NCP1246/7/8一起構成極低待機能耗電源方案


峰值功率擴充電流模式PWM控制器的特性及應用

帶峰值功率擴充的電流模式PWM控制器是安森美半導體新推出的幾款產品,包括NCP1254、NCP1255和NCP1249。NCP1254是無高壓版本,具有頻率抖動、峰值功率擴充、頻率反走、雙OCP、固定故障定時器、內部OPC、通過Vcc或閂鎖接腳提供OVP、雙Vcc 待機期間斷續模式等功能;NCP1255是基於NCP1254的版本,功能包括可調節故障定時器、輸入欠壓(BO)檢測、待機能耗< 30 mW;NCP1249則是NCP1255的高壓版本,功能包括有源X2電容放電、待機能耗< 10 mW。


NCP1254/55/49無需使用大型變壓器即可實現峰值功率能力,改進了輕載能效和保護能力,其峰值功率擴充是這樣實現的:當回饋(FB)電壓大於3.2 V時,開關頻率線性增加;當回饋電壓 FB=4.0 V,開關頻率增加為原來頻率的2倍,峰值電流設定值保持不變,見圖4。這種方式允許不用增大變壓器的規格就能輸出更大的功率。
4:峰值功率擴充的實現
這些元件的峰值功率持續時間均由超載定時器決定,峰值功率持續時間可達0.2秒;根據FB電壓,超載定時器有2種工作方式;當檢測到輸出短路時,定時器時間縮小4倍。
以下以NCP1249峰值功率擴充高壓啟動定頻控制器為例,介紹這些元件的一些重要功能。NCP1249是專為需要<10mW空載功耗的應用開發的產品。為了實現輸入欠壓保護功能,IC內部整合的輸入欠壓檢測電路採用高阻值電阻分壓(圖5),可減小功率損耗;對雜訊電壓和PCB的洩漏電流有更高的抗干擾性。
5:IC內部整合了輸入欠壓檢測電路
此元件的X2電容有源放電是通過IC的X2檢測接腳和外置的充放電電路協同檢測交流輸入線掉電,並通過檢測X2定時器關斷模式實現的,可有效降低IC的功率消耗。圖6中藍色部分的為避免AC掉電誤觸發,檢測電路採用的100 ms延時電路;綠色是X2電容由高壓啟動電流源放電的部分。
6:X2電容有源放電
NCP1249 A/B 版本的關斷模式單獨採用一個REM接腳,用戶可以控制REM接腳電壓,當VREM >VREM_off,IC 就進入超低功率消耗的睡眠模式;當VREM < VREM_off時,NCP1249恢復正常工作。推薦次級採用NCP4355來控制初級NCP1249的FB電壓和關閉模式,見圖7。
7:NCP1249 A/B 版本的關斷模式
C/D 版本則是REM 接腳與FB 共用一個接腳.。當VFB/REM < 400 mV,啟動關閉模式;回饋和關閉模式的控制只需要1個光耦;在關斷模式下,由於光耦偏置電流的消耗,NCP1249C/D的功率消耗大於NCP1249A/B;推薦次級使用NCP4353/4來控制NCP1249C/D的回饋和關閉模式,見圖8。
8:NCP1249 C/D 版本的關斷模式
安森美半導體的演示板能效顯示,NCP1249平均能效大於 90%,峰值功率擴充表現十分令人滿意,在超載區域35 W持續時間為100 ms;短路區域41 W持續時間為<50 ms。
總結
NCP124x及NCP4353/4是用於適配器的配套元件,前者整合了帶X電容放電和輸入欠壓保護功能的高壓啟動電路,實現頻率抖動、無損過功率補償、輕載時頻率反走、跳週期及休眠模式等功能。配合NCP4354使用可為AC-DC電源適配器提供極低的空載待機能耗,輕鬆滿足「能源之星」標準的要求。NCP1254/55/49則是帶峰值功率擴充的電流模式PWM控制器,適用於印表機電源、AC-DC適配器以及遊戲主機適配器; 而NCP1240是針對用於英特爾Haswell CPU電腦的適配器同樣它們都提供超低空載待機能耗。
安森美半導體供稿

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