筆記本電腦、液晶顯示器及打印機等產品都要使用AC-DC電源適配器作為供電電源。這些適配器長時間處于空載待機模式,而且用量巨大,但相當多現有產品的待機能耗較高,由此電能浪費也巨大。為了節省能耗,美國“能源之星”標準對這類外部電源(EPS)的空載能耗制定了明確要求,規定功率50W以下的AC-DC EPS空載能耗不得超過0.3W;50-250W的AC-DC空載能耗不得超過0.5W。目前市場上較佳性能的AC-DC適配器最佳空載能耗性能是30mW左右。而安森美半導體NCP1246的空載能耗小于16mW,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,適用于功率65W的電源適配器,并能實現20mW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,用于打印機適配器,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等器件。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,20kΩ上拉電阻在FB引腳上提供250μA偏置電流;在關閉模式期間,VFB(reg)為0V,FB引腳另由小得多的5μA電流源偏置。這些器件只需要極小的光耦電流來維持關閉模式。由于光耦的低電流傳輸比(CTR),NCP4353/4使用150μA電流來確保關閉模式可靠。
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、跳周期模式、高壓啟動、動態自供電(DSS)、輸入欠壓(BO)檢測、有源X2電容放電、基于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<30mW。其市場及應用包括:AC適配器(筆記本電腦、液晶顯示器和打印機)、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,重要應用是筆記本電腦和打印機AC電源適配器,以及DVD、STB的開放式電源。NCP1247基于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;延長連續門極驅動,改善高壓引腳高低壓OCP補償,更適合于同步整流(SR)應用,為PLD測試提供新的輸入欠壓(BO)檢測選擇;還增加了70Vac。NCP1248基于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引腳上的跳周期模式閾值。
NCP1240是一個低待機能耗高壓啟動定頻控制器,即將于2014年第二季度提供樣品,可用于英特爾Haswell CPU電源應用。這器件基于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2ms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優化的。器件可動態自供電,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,并采用跳周期模式;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/負載范圍內的高效率。此外,在嚴重故障情況下,NCP124x可閉鎖輸入,允許直接連接NTC;基于定時器的保護可自動恢復或鎖定;具有高壓啟動電路;在整個負載范圍內軟化EMI干擾的頻率抖動;實現高達30V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后不到1s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,常使用與電容并聯的一串高阻抗電阻,但是,電阻型消耗源(drain)消耗約25mW輸入能耗,當考慮到空載輸入能耗時,此25mW能耗相對較大。安森美半導體的方案采用有源X2電容放電來檢測斷開交流連接狀況,并通過開關觸發電容放電。
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恒流恒壓(CCCV)控制器。NCP4354帶有LED驅動器,而NCP4353不帶LED驅動器。NCP4353/4可檢測空載條件,并使初級端控制器(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,并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”信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引腳。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,可提供低于16mW的空載輸入能耗,用于筆記本電腦適配器及其他外部電源適配器等應用。
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或閂鎖引腳提供OVP、雙Vcc待機期間斷續模式等功能;NCP1255是基于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<30mW;NCP1249則是NCP1255的高壓版本,功能包括有源X2電容放電、待機能耗<10mW。
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:當反饋(FB)電壓大于3.2V時,開關頻率線性增加;當反饋電壓FB=4.0V,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,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。
安森美半導體的演示板能效顯示,NCP1249平均能效大于90%,峰值功率擴充表現十分令人滿意,在過載區域35W持續時間為100ms;短路區域41W持續時間為<50ms。
總結
NCP124x及NCP4353/4是用于適配器的配套器件,前者集成了帶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、跳周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,輕松滿足“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,適用于打印機電源、AC-DC適配器以及游戲主機適配器;而NCP1240是針對用于英特爾Haswell CPU電腦的適配器同樣它們都提供超低空載待機能耗。