極低待機功耗適配器的設計及應用

電源適配器廣泛應用于筆記本電腦、游戲機、打印機、DSL調制解調器和手機等領(lǐng)域，應用規模非常龐大。而從人們的使用習慣來(lái)看，這些設備也有相當比例的時(shí)間處于輕載或待機(空載)工作模式。因此，“能源之星”等規范標準在致力于提升這些設備所用電源適配器工作能效的同時(shí)，也注重提升輕載能效及降低待機能耗。

　　例如，美國環(huán)保署(EPA) 2.0版“能源之星”外部電源規范(簡(jiǎn)稱(chēng)EPA 2.0)在1.1版基礎上進(jìn)一步提高了能效要求(見(jiàn)表1)，其中Ln為額定輸出功率的自然對數。

表1：美國環(huán)保署“能源之星”外部電源的1.1及2.0版規范。

　　不同適配器的功率等級相差較大，而根據IEC61000-3-2等標準的要求，功率大于75 W的電源需要增加功率因數校正(PFC)，低于75 W則無(wú)此要求。本文著(zhù)重討論功率低于75 W適配器滿(mǎn)足EPA 2.0新規范所需要的特性，以及能夠提供這些所需特性的安森美半導體高性能、高能效控制器。

　　滿(mǎn)足能效規范的途徑

　　要滿(mǎn)足上述規范對外部電源工作能效及待機能耗的要求，我們首先需要分析清楚損耗的來(lái)源。事實(shí)上，就工作時(shí)的損耗來(lái)說(shuō)，主要包括兩個(gè)方面，分別是開(kāi)關(guān)損耗和由泄漏電感導致的損耗，這兩類(lèi)損耗分別可以用等式(1)和等式(2)來(lái)量化：

　　從這兩個(gè)等式中可以看出，要提升工作能效，有兩種途徑：一是降低開(kāi)關(guān)頻率(FSW)，即在輕載時(shí)采用頻率反走技術(shù)；二是降低關(guān)閉時(shí)的漏極電壓(VDRAIN(turn-off))，相應地可以采用谷底開(kāi)關(guān)技術(shù)。

　　而就待機模式而言，一個(gè)重要的損耗來(lái)源于啟動(dòng)電路的靜態(tài)損耗，即啟動(dòng)電阻持續地從大電容消耗電流，造成功率損耗。而降低啟動(dòng)電路損耗的途徑有多種，如采用具有極低啟動(dòng)電流的控制器、采用關(guān)斷時(shí)泄漏電流極低的集成啟動(dòng)電流源，以及連接啟動(dòng)電路至半波整流交流輸入等。

　　NCP1237/38/87/88控制器的關(guān)鍵特性

　　NCP1237、NCP1238、NCP1287和NCP1288是安森美半導體推出的新一代固定頻率脈寬調制(PWM)控制器，用于需要高性?xún)r(jià)比、可靠性、設計靈活性和低待機能耗的應用，如筆記本、LCD顯示器、游戲機和打印機的交流-直流(AC-DC)適配器，以及DVD和機頂盒(STB)等消費電子應用。

　　這系列器件包含一系列關(guān)鍵特性，幫助提升適配器的能效及降低待機能耗。例如，一般控制器需要啟動(dòng)電阻來(lái)從整流交流線(xiàn)路電壓?jiǎn)?dòng)控制器，而在正常工作期間，這啟動(dòng)電阻還持續消耗功率。相比較而言，NCP1237/38/87/88系列控制器內置啟動(dòng)場(chǎng)效應管(FET)，這FET用作高壓電流源。輸入交流電壓施加在適配器上時(shí)，這個(gè)電流源為控制器的VCC電容供電。這種高壓?jiǎn)?dòng)電路在正常工作條件下關(guān)閉(這時(shí)由反激輔助繞組提供偏置電壓以省電)，消耗的功率極低；同時(shí)，控制器無(wú)需啟動(dòng)電阻(參見(jiàn)圖1)，幫助降低待機能耗，減少元件數量及節省電路板空間。

圖1：帶啟動(dòng)電阻與不帶啟動(dòng)電阻(內置電壓?jiǎn)?dòng)電流源)對比。

　　這系列控制器還采用輕載時(shí)頻率反走技術(shù)和跳周期模式，降低輕載時(shí)的開(kāi)關(guān)頻率，從而提升能效；同時(shí)，開(kāi)關(guān)頻率在25 kHz時(shí)鉗位，從而消除可聽(tīng)噪聲。此外，這系列器件提供多種保護特性，如雙啟動(dòng)電流電平、輸入欠壓及主電源過(guò)壓保護、過(guò)載保護、雙過(guò)渡保護閾值、軟啟動(dòng)和閂鎖保護等。這系列器件還提供可選的動(dòng)態(tài)自供電(DSS)功能，從而無(wú)需輔助繞組； 并內置斜坡補償，不需要外部設定。以NCP1238為例，這器件的典型應用電路圖如圖2所示。

圖2：NCP1238典型應用電路圖