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安森美半導體基于NCP1246和NCP4354低待機能耗電源適配器方案

2013年09月25日16:49:51 本網站 我要評論(2)字號:T | T | T
關鍵字:應用 半導體 電源 電力 

 

交流-直流(AC-DC)電源適配器的應用非常廣泛,如用于筆記本電腦、液晶顯示器及打印機等。這些電源適配器長時間處于空載待機模式,而且使用量巨大,由此帶來巨大的電能損耗。美國“能源之星”標準對這類外部電源(EPS)的空載能耗有明確要求,即功率50 W以下的AC-DC EPS空載能耗不超過0.3 W;功率介于50 W至250 W的AC-DC EPS空載能耗則要不超過0.5 W。目前,市場上較佳性能的AC-DC適配器較佳空載能耗性能是30 mW左右。而較新適配要求是空載能耗低于30 mW,這就要求降低輸出電壓(Vout),以減少空載寄生能耗;還要允許關閉初級端控制器,以進一步降低能耗。這樣一來,在空載期間,適配器輸出電壓可自動降低,輸出電壓可在19 V-2.5 V之間跳變,以降低穩壓能耗。

 

安森美半導體推出的NCP1246的空載能耗小于16 mW,利用NCP1246 + NCP4354實現的低待機能耗解決方案可輕松滿足“能源之星”要求,適用于功率65 W的電源適配器,并能實現20 mW以下的極低待機能耗。

 

兩個器件組成的低待機能耗方案

NCP1246是一個滿足上述要求的初級端控制器。NCP4354是一款次級端控制器,具有檢測空載條件,且可由光耦關閉NCP1246。它可替代TL431,電流消耗小于100 μA。NCP4354可以對空載進行檢測,器件中增加的空載檢測電路對“輸出電壓” (Vout) 與“空載信息”(No load info)進行比較。在高開關頻率或高頻待機跳周期模式下兩者均等于負載;而在空載及極低頻跳周期模式下兩者不同;在小電容及恒定負載條件下,輸出電壓保持恒定,而““空載信息”走低。這樣,無需進行功率檢測,對能效及安全無影響,而且外部元件數量很少,易于調節。

 

圖1是進入關閉模式的過程。當輸出電流從滿載慢慢降低時,初級控制器會從正常工作轉換成跳周期工作,輸出電壓和空載信息基本上比較接近;當輸入極低跳周期或關閉模式時,輸出空載電壓將低于輸出電壓,從而檢測到極低負載或空載,激活關閉模式。

 

圖1:進入關閉模式的過程

 

當輸出電壓大于“空載信息”時,導通/關閉(ON/OFF)光耦關閉初級端控制器;在初級端控制器重啟前,輸出電壓允許降低至2.5 V。這樣就可以實現頻率低至0.01333 Hz (75 s跳周期時間) 的極低頻率跳周期模式。

 

NCP1246的特性及應用

NCP1246是一款固定頻率、電流模式控制器,是為空載和輕負載條件下較大限度地降低能耗而專門優化的。該器件可動態自供電,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,NCP1246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30 V的Vcc 操作。NCP1246的市場及應用包括:AC適配器 (筆記本電腦、液晶顯示器和打印機)、開架式PSU (DVD、STB)、離線電池充電器、消費類電子產品電源等。

 

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,常使用與電容并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。NCP1246 HV引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。

 

圖2:NCP1246交流線路撥出檢測器

 

器件的關閉模式是由從次級端到NCP1246反饋引腳的信號來觸發的。NCP435x使用相同的光耦提供此信號,用于反饋網絡;空載期間,NCP435x驅動光耦,下拉反饋(FB)引腳,關閉NCP1246。NCP1246的關閉模式有兩個與眾不同之處,一個是采用低能耗關閉模式,另一個是以光耦觸發的關閉模式。

 

NCP4354的特性及應用

NCP4354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,帶有LED驅動器 (圖3)。其價值在于,可檢測空載條件并使主控制器進入超低頻率跳周期模式,以降低待機功耗;只有一個反饋和關閉(OFF)控制所需的光耦;提高了空載效率(小于15 mW);元件更少。此外,它還具有CCCV反饋和LED驅動器、供電電壓高達36 V、在關機模式可調整較低Vout、1.25 V參考精度為1%,以及Icc大于100 μA等特性。NCP4354與NCP1246一起使用,可調節Vmin,市場及應用范圍包括筆記本電腦適配器及其他外部電源適配器。NCP435x系列還有一款不帶LED驅動器的產品NCP4353,可以與NCP1246一起使用來調節Vmin(僅B版本)。

 

圖3:NCP4354典型電路圖


NCP4353A及NCP4354A具有嵌入式恒壓恒流(CVCC),通過增添的OTA增加電流控制(CC)功能,直接提供穩壓動作和CC;以直接輸出電流檢測來增強安全性;低壓參考(VREFC = 0.0625V,±5%)可降低檢測電阻(Rsense)的壓降及能耗。

 

為了幫助客戶盡快實現低待機能耗解決方案,安森美半導體提供了NCP1246 + NCP4354 65W適配器演示板(圖4)。圖5是演示板的電路圖。從圖6可以看出其能效相當高。

 

圖4:65 W適配器演示板



圖5:65 W適配器演示板電路圖

圖6:65 W演示板能效

結論

NCP1246及NCP4354是用于適配器的同伴器件,NCP1246集成帶X電容放電和輸入欠壓保護功能的高壓啟動電路,可以實現頻率抖動、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。NCP4354為次級端CCCV控制芯片,集成了空載檢測及電壓控制,內含1.25 V基準及LED驅動。一起使用兩款器件可為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。


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