計算機、服務器及平板電視向來是能效規范機構的重要目標，這些設備必須在滿足高性能的同時符合最新能效要求。安森美半導體身為領先廠商，一直致力于推出符合最新能效規范的電源控制器。本文將介紹安森美半導體應用于計算機ATX電源及平板電視的高能效、高性能功率因數校正(PFC)及半橋諧振雙電感加單電容(LLC)組合控制器NCP1910的主要特性及電源段的應用設計要點，幫助工程師更好地采用NCP1910進行相關的電源設計。
現有方案及存在的問題
用于上述電源設計的現有方案存在的最大問題是元器件數量太多，首先必須要有帶主電源輸入欠壓(LBO)保護功能的PFC控制器，還要有帶輸入欠壓(BO)保護及閂鎖功能的LLC控制器；用于處理“功率良好”(PG)信號的比較器，以及用于感測的額外電路也必不可少。此外，為了實現次級端過壓保護(OVP)，需要可控硅整流器(SCR)、比較器及感測電路；為了提供LLC短路保護(SCP)并兼顧PFC工作異常狀況，還需要其他一些元件。如果能在一個單芯片中結合所有功能，實現一種組合控制器就可以使這些問題迎刃而解。
高性能CCM PFC及LLC組合控制器的優勢
安森美半導體推出的NCP1910在單芯片中結合了PFC和LLC控制器，集成了這兩個轉換器所需的全部信號交換(handshaking)功能，既可提高可靠性，又可支持更簡單、更高密度的設計。NCP1910采用SOIC-24封裝，適用于高功率的ATX、一體機(all-in-one)及服務器、平板電視電源。圖1是采用NCP1910的典型應用電路圖共用電路，它包括遠程PFC段、LLC段，以及實現導通/關閉、功率良好(PG)等的共用電路。
圖1：采用NCP1910的典型應用電路圖
PFC段具有以下一些特性：
• 固定頻率連續導電模式(CCM) PFC可提供65kHz,100kHz、133kHz及200kHz選擇；
• 可編程過流閾值提供優化的感測電阻；
• 過功率限制可根據平均輸入電壓限制電流；
• PFC異常保護，可以在出現PFC異常的情況下，器件停止工作，即使輸入為高線路電壓；
• 欠壓保護可避免反饋網絡中出現錯誤連接的情況下受損；
• 快速瞬態響應旨在維持Vbulk穩壓：
--過壓保護可自動恢復OVP閾值(穩壓電平的105%)；
--動態響應增強器可在Vbulk降至低于其穩壓電平的95%時，使用其內部200µA電流源來加快穩壓環路速度；
• 冗余OVP (OVP2)使用專用引腳來閂鎖Vbulk OVP；
• 可調節線路輸入欠壓帶50ms消隱時間(blank time)，避免在低輸入電壓時受損；
• Vin2前饋可優化功率因數；
• Power Boost可在極端線路瞬態條件下調節Vbulk(如264Vac→90Vac)；
• 可調節頻率反走提升輕載能效；
• 軟啟動；
• 圖騰柱(Totem Pole)驅動能力為±1.0A門驅動器。
LLC段具有以下一些特性：
• 25kHz至500kHz的寬工作頻率范圍；
• 板上固定死區時間為300ns，可避免shot-through；
• 在軟啟動或重啟時，專用引腳將SS電容放電至地，從而提供平順的輸出電壓上升；在LLC被CS/FF引腳(>1V)或BO功能關閉時，SS引腳給CSS放電，并提供純粹的軟啟動；
• 高壓驅動器門驅動器為+0.5A-1.0A；
• 雙故障保護電平位于CS/FF引腳：
--CS/FF >1V：LLC轉換器立即通過將CSS接地來增加開關頻率。這是一種自動恢復保護模式；
--CS/FF >1.5V：當故障嚴重并使CS/FF高于1.5V時閂鎖；
• 可調節輸入欠壓(BO)，FB引腳電壓占Vbulk的一部分，不需要高壓感測軌，可以省電；
• NCP1910B有跳周期工作功能，當反饋腳電壓低于0.4V時，LLC驅動器進入跳周期模式，降低頻率，提升輕載能效。
簡便的設計方法
使用NCP1910進行設計過程非常簡單，只要三步即可完成，如圖2所示。第一步是設計PFC段，第二步是設計LLC段，第三步是設計信號交換部分。
電路中的BO及PG電平是由R1、R2、R3決定的，無須感測高壓。BO電平在Vbulk電平(如300V，取決于電源系統的設計要求)時使LLC停止工作；PG電平在Vbulk電平時，器件通知次級端監控電路，產生功率故障(Power Fail)信號；在PFC頻率反走輸入功率級時，PFC開始降低工作頻率。
提升能效的具體技巧包括：PFC段和/或LLC段運用熱關閉及過流、過壓、欠壓、過功率、輸入欠壓等保護特性，以及頻率反走、跳周期等。為了幫助設計，安森美半導體還提供演示電路板(原型板)，其輸入電壓為90v-265vac，輸出為12V/25A，5V/2A(用于待機)。
圖3：演示電路板
能效測試結果表明，該演示電路板的能效等級目標，如典型負載能效及功率因數、空載及待機輸入能耗等如表1所示。
表1：能效等級目標
總結
安森美半導體的ATX電源新產品NCP1910高性能組合控制器在單顆IC中集成了功率因數校正(PFC)和主電源段控制器，具有PFC獨立OVP、PFC動態響應增加器、PFC輕載頻率反走、寬頻率范圍LLC、帶高壓驅動器及極佳OCP、遠程導通/關閉控制及組合管理，可以為臺式個人計算機、平板電視提供高能效、高性能的電源設計。
