電源適配器市場(chǎng)的趨勢暨安森美半導體解決方案

　　電源適配器主要包括兩類(lèi)，一類(lèi)是內部交流/直流(AC/DC)電源轉換器，內置在電子產(chǎn)品內部，可能擁有多路輸出電壓，如臺式計算機內部電源等；另一類(lèi)是外部單路輸出AC/DC或交流/交流(AC/AC)電源適配器，擁有單路輸出電壓，通常簡(jiǎn)稱(chēng)為外部電源(EPS)，廣泛用于打印機、筆記本、LCD顯示器和游戲機等應用。

電源適配器的通用市場(chǎng)趨勢

　　從通用市場(chǎng)來(lái)看，電源適配器主要體現出一些重要趨勢。一是工作能效和待機(空載)能耗要求更高。例如，美國環(huán)保署(EPA)“能源之星”項目于2008年4月發(fā)布了針對外部電源的2.0版規范，從表1的對比中可以看出2.0版規范的要求高于1.1版規范。這針對外部電源的EPA 2.0版規范將于2008年11月1日開(kāi)始生效。

　　而在臺式計算機電源等內部電源方面，“能源之星” 的4.0版規范(EPA 4.0)的第一階段要求自2007年7月20日開(kāi)始生效。該規范要求臺式機在20%、50%和100%負載條件下的能效最低達80%。此外，更新的5.0版規范第一階段要求將于2009年7月1日開(kāi)始生效，將要求使用內部電源的計算機在50%負載條件下工作效率最低達85%，而在20%和100%負載條件下最低效率達到82%。

　　除了“能源之星”這類(lèi)的業(yè)界能效規范要求，某些大型的OEM客戶(hù)可能還會(huì )有自己獨特的工作能效和能耗要求。例如，針對計算機電源的EPA 4.0規范對于使用外部電源的筆記本電腦和平板電腦的要求主要體現在待機能耗(≤1.0 W)、休眠能耗(≤1.7 W)等方面；相比較而言，戴爾針對這類(lèi)電源的要求主要體現在不同特定負載條件下的能效，即在0.7 W(輸入功率Pin < 1 W)、1.5 W (Pin <2 W)、10.7 W (Pin < 12.6 W)和17 W (Pin < 20 W)負載條件下，能效分別要高于70%、75%、85%和85%。

　　值得一提的是，有關(guān)能效規范未來(lái)仍將不斷提高要求和演進(jìn)。以筆記本電腦AC-DC電源適配器為例，目前業(yè)界在空載模式能耗方面的較高水平約在300 mW以上，而未來(lái)空載模式下150 mW的能耗可能成為目標。而且，有關(guān)多輸出適配器的要求也可能被納入標準之中。

　　電源適配器市場(chǎng)的另外一個(gè)重要趨勢，是客戶(hù)需要具有更高輸出功率、更小體積的適配器，這就涉及到新拓撲技術(shù)的使用。采用安森美半導體的NCP1605 功率因數校正(PFC)控制器和NCP1396諧振模式控制器可用于設計200 W臺式適配器或是300 W適配器。而從筆記本適配器而言，其功率要求已經(jīng)從50 W至70 W范圍上升到超過(guò)100 W等級。另外，諸如蘋(píng)果MacBook Air和聯(lián)想ThinkPad X300等新型超便攜筆記本的電源適配器也更小更輕。

　　除了這些趨勢，另外一個(gè)值得注意的動(dòng)向是，在“能源之星”針對外部電源的正式2.0版規范中對功率因數(PF)限制的放松。實(shí)際上，根據已經(jīng)在歐洲和日本實(shí)施的IEC61000-3-2諧波電流減少標準，功率大于75 W的適配器應用中需要PFC。目前市場(chǎng)上既有傳統的“功率因數校正+脈寬調制”(PFC+PWM)兩段式架構，也有將這兩段融合為一段的單段PFC式架構。兩段式架構能夠在115 Vac和230 Vac條件下都實(shí)現0.9的功率因數，而且動(dòng)態(tài)響應速度和紋波方面的性能更佳，但這種架構是一種資源密集型設計，會(huì )采用更多的元器件，如控制IC、電感和MOSFET等，而且可能會(huì )導致工作模式下能效的下降；相比較而言，另一種單段式PFC架構將PWM段和PFC段融合在一起，減少了控制IC、電感和MOSFET的使用，實(shí)現了能效的提升和顯著(zhù)的成本降低。只不過(guò)，單段式PFC架構的外部電源在230 Vac測試條件下，功率因數通常只大于0.8，離0.9的限制還有不少距離，要實(shí)現0.9的功率因數限制要求，需要對電路進(jìn)行一些修改，但這種修改又會(huì )損失幾個(gè)百分點(diǎn)的能效。               

圖1：?jiǎn)味蜳FC架構的適配器結構示意圖。

　　因此，針對外部電源的“能源之星”正式2.0版規范中，將功率因數要求限制在輸入功率大于100 W的外部電源和115 Vac電壓的測試條件，而對230 Vac則不作要求；設計用于同時(shí)能夠工作在115 Vac和230 Vac條件下的外部電源在功率因數方面只需要滿(mǎn)足115 Vac條件下的測試要求。這樣一來(lái)，具有更高性?xún)r(jià)比、適合電源適配器等應用的單段式PFC將贏(yíng)來(lái)更大的發(fā)展動(dòng)力。

電源適配器面臨的挑戰

　　綜合以上電源適配器的通用市場(chǎng)趨勢，我們可以得出結論，電源適配器所面臨的主要挑戰在于：

　　·降低空載輸入功率；
　　·提高總體能效；
　　·特別針對筆記本適配器則言，注意待機、休眠和空閑等不同模式下的能效；
　　·改善功率因數；

　　下面我們將按照不同功率等級的應用，分享安森美半導體的相關(guān)解決方案。

安森美半導體電源適配器解決方案

　　1)輸入功率小于75 W的適配器應用
　　如上所述，在輸入功率小于75 W時(shí)，外部電源無(wú)需PFC，系統主要只是PWM段，其結構示意圖如圖1所示。這種情況下，通常采用的是反激式拓撲結構，適配器既能工作在固定頻率(FF)，也能工作在可變頻率(VF)的控制器(特別是就準諧振模式而言)。在額定負載和輕載條件下，要同時(shí)實(shí)現較高能效，關(guān)鍵就在于要采用能夠根據負載狀況調整工作模式的智能控制器。

圖2：功率小于75 W的電源適配器架構

　　針對這類(lèi)應用，安森美半導體推出了一系列的PWM控制器解決方案。其中，就功率介于10 W至50 W范圍的應用而言，可以采用NCP1351和NCP1216等器件。其中，NCP1351采用固定導通時(shí)間、可變關(guān)閉時(shí)間電流模式控制技術(shù)，會(huì )在負載變低時(shí)降低開(kāi)關(guān)頻率，可以提供卓越的空載能耗，并在輕載條件下提供最佳的能效表現；當頻率下降時(shí)，峰值電流逐漸下降到最大峰值電流的大約30%，能夠避免變壓器發(fā)生機械共振，從而大幅消除可聽(tīng)噪聲，并保持良好的待機能耗表現。值得一提的是，安森美半導體推出了基于NCP1351的GreenPointTM 40 W打印機電源適配器參考設計。這參考設計的待機能耗低于150 mW，而目前常用的40 W打印機在相似情況下能耗約為450 mW。在額定負載條件下，該設計的能效高達85%；而其采用的頻率反走技術(shù)，也令其在高于2 W的輕載條件下能效高于80%。除了NCP1351和NCP1216，安森美半導體還將推出NCP1217和NCP1380等新器件。