筆記本電腦、液晶顯示器及打印機(jī)等產(chǎn)品都要使用AC-DC電源適配器作為供電電源。這些適配器長(zhǎng)時(shí)間處于空載待機(jī)模式，而且用量巨大，但相當(dāng)多現(xiàn)有產(chǎn)品的待機(jī)能耗較高，由此電能浪費(fèi)也巨大。為了節(jié)省能耗，美國(guó)“能源之星”標(biāo)準(zhǔn)對(duì)這類外部電源(EPS)的空載能耗制定了明確要求，規(guī)定功率50 W以下的AC-DC EPS空載能耗不得超過0.3 W；50 W至250 W的AC-DC空載能耗不得超過0.5 W。目前市場(chǎng)上較佳性能的AC-DC適配器較佳空載能耗性能是30 mW左右。而安森美半導(dǎo)體NCP1246的空載能耗小于16 mW，利用NCP1246 + NCP4354實(shí)現(xiàn)的低待機(jī)能耗解決方案可超越“能源之星”的要求，適用于功率65 W的電源適配器，并能實(shí)現(xiàn)20 mW以下的極低待機(jī)能耗；NCP1254/5/49則是帶峰值功率擴(kuò)充的電流模式PWM控制器，用于打印機(jī)適配器，同樣具有極低的空載待機(jī)能耗。

 

高壓固定頻率電流模式反激控制器的特性及應(yīng)用

安森美半導(dǎo)體針對(duì)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(fā)低功耗關(guān)閉模式。在正常工作期間，20 kΩ上拉電阻在FB引腳上提供250 μA偏置電流；在關(guān)閉模式期間，VFB(reg)為0 V，F(xiàn)B引腳另由小得多的5 μA電流源偏置。這些器件只需要極小的光耦電流來(lái)維持關(guān)閉模式。由于光耦的低電流傳輸比(CTR)，NCP4353/4使用150 μA電流來(lái)確保關(guān)閉模式可靠，見圖1。

 

 

圖1：通過光耦觸發(fā)低功耗關(guān)閉模式

 

NCP1246是一款滿足“能源之星”要求的初級(jí)端控制器。其特性包括頻率反走、跳周期模式、高壓?jiǎn)��?dòng)、動(dòng)態(tài)自供電(DSS)、輸入欠壓(BO)檢測(cè)、有源X2電容放電、基于定時(shí)器的過功率保護(hù)(OPP)、頻率抖動(dòng)、嚴(yán)重故障時(shí)閂鎖、自動(dòng)恢復(fù)或閂鎖選擇的過流保護(hù)(OCP)，以及空載待機(jī)能耗< 30 mW。其市場(chǎng)及應(yīng)用包括：AC適配器(筆記本電腦、液晶顯示器和打印機(jī))、開放式電源(DVD、STB)、離線電池充電器、消費(fèi)類電子產(chǎn)品電源等。

 

NCP1247/48均為低待機(jī)功耗高壓?jiǎn)��?dòng)定頻控制器，重要應(yīng)用是筆記本電腦和打印機(jī)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(zhǎng)維持時(shí)間(52ms)、更好的X2放電序列；延長(zhǎng)連續(xù)門極驅(qū)動(dòng)，改善高壓引腳高低壓OCP補(bǔ)償，更適合于同步整流(SR)應(yīng)用，為PLD測(cè)試提供新的輸入欠壓(BO)檢測(cè)選擇；還增加了70 Vac。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(shè)定點(diǎn)，減小了FB引腳上的跳周期模式閾值。

 

NCP1240是一個(gè)低待機(jī)能耗高壓?jiǎn)��?dòng)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(yīng)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(shí)器，以及2 ms軟OCP定時(shí)器。

 

NCP124x系列是為空載和輕負(fù)載條件下較大限度地降低能耗而專門優(yōu)化的。器件可動(dòng)態(tài)自供電，內(nèi)置了有源X2電容放電；可以進(jìn)入省電休眠狀態(tài)，提供輸出電壓打嗝模式；在輕負(fù)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(jié)省了電力及元件；在空載條件下顯著降低了功耗，保持整個(gè)線路/負(fù)載范圍內(nèi)的高效率。

 

此外，在嚴(yán)重故障情況下，NCP124x可閉鎖輸入，允許直接連接NTC；基于定時(shí)器的保護(hù)可自動(dòng)恢復(fù)或鎖定；具有高壓?jiǎn)��?dòng)電路；在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)軟化EMI干擾的頻率抖動(dòng)；實(shí)現(xiàn)高達(dá)30 V的Vcc 操作。

 

值得一提的是，為了符合安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，AC-DC電源必須具備在撥出交流插頭后不到1秒時(shí)間內(nèi)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(lián)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(dāng)考慮到空載輸入能耗時(shí)，此25 mW能耗相對(duì)較大。安森美半導(dǎo)體的方案采用有源X2電容放電來(lái)檢測(cè)斷開交流連接狀況，并通過開關(guān)觸發(fā)電容放電。NCP124x的HV引腳包含了交流線路撥出檢測(cè)器，如果定時(shí)器定時(shí)到期，輸入即為直流，放電電路被觸發(fā)，X2電容放電，見圖2。

 

圖2：NCP124x交流線路斷開檢測(cè)器

 

次級(jí)端控制器的特性及應(yīng)用

安森美半導(dǎo)體的NCP4353/4是專為與NCP1246配合使用而設(shè)計(jì)的一款低待機(jī)能耗次級(jí)端恒流恒壓 (CCCV) 控制器。NCP4354帶有LED驅(qū)動(dòng)器(圖3)，而NCP4353不帶LED驅(qū)動(dòng)器。NCP4353/4可檢測(cè)空載條件，并使初級(jí)端控制器(如NCP1246)進(jìn)入低能耗關(guān)閉模式；在關(guān)閉模式期間，初級(jí)端控制器關(guān)閉，由輸出電容提供電能，因而省去維持穩(wěn)壓所要求的能耗。在關(guān)閉模式期間，輸出電壓減小，并可減小至可調(diào)節(jié)電平。一旦要求更多電能，NCP4353/4就會(huì)自動(dòng)重啟初級(jí)端控制器。NCP4353/4使用“有源關(guān)閉”信號(hào)來(lái)控制初級(jí)端控制器，這表示它在關(guān)閉模式期間驅(qū)動(dòng)光耦來(lái)下拉初級(jí)端控制器的FB引腳。NCP1246/7/8初級(jí)端控制器與NCP4353/4次級(jí)端控制器結(jié)合在一起使用，可提供低于16 mW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(yīng)用。

 

 

圖3：NCP4353/4與NCP1246/7/8一起構(gòu)成極低待機(jī)能耗電源方案

 

峰值功率擴(kuò)充電流模式PWM控制器的特性及應(yīng)用

帶峰值功率擴(kuò)充的電流模式PWM控制器是安森美半導(dǎo)體新推出的幾款產(chǎn)品，包括NCP1254、NCP1255和NCP1249。NCP1254是無(wú)高壓版本，具有頻率抖動(dòng)、峰值功率擴(kuò)充、頻率反走、雙OCP、固定故障定時(shí)器、內(nèi)部OPC、通過Vcc或閂鎖引腳提供OVP、雙Vcc 待機(jī)期間斷續(xù)模式等功能；NCP1255是基于NCP1254的版本，功能包括可調(diào)節(jié)故障定時(shí)器、輸入欠壓(BO)檢測(cè)、待機(jī)能耗< 30 mW；NCP1249則是NCP1255的高壓版本，功能包括有源X2電容放電、待機(jī)能耗< 10 mW。

 

NCP1254/55/49無(wú)需使用大型變壓器即可實(shí)現(xiàn)峰值功率能力，改進(jìn)了輕載能效和保護(hù)能力，其峰值功率擴(kuò)充是這樣實(shí)現(xiàn)的：當(dāng)反饋(FB)電壓大于3.2 V時(shí)，開關(guān)頻率線性增加；當(dāng)反饋電壓 FB=4.0 V，開關(guān)頻率增加為原來(lái)頻率的2倍，峰值電流設(shè)定值保持不變，見圖4。這種方式允許不用增大變壓器的規(guī)格就能輸出更大的功率。

 

 

圖4：峰值功率擴(kuò)充的實(shí)現(xiàn)

 

這些器件的峰值功率持續(xù)時(shí)間均由過載定時(shí)器決定，峰值功率持續(xù)時(shí)間可達(dá)0.2秒；根據(jù)FB電壓，過載定時(shí)器有2種工作方式；當(dāng)檢測(cè)到輸出短路時(shí)，定時(shí)器時(shí)間縮小4倍。

 

以下以NCP1249峰值功率擴(kuò)充高壓?jiǎn)��?dòng)定頻控制器為例，介紹這些器件的一些重要功能。NCP1249是專為需要<10mW空載功耗的應(yīng)用開發(fā)的產(chǎn)品。為了實(shí)現(xiàn)輸入欠壓保護(hù)功能，IC內(nèi)部集成的輸入欠壓檢測(cè)電路采用高阻值電阻分壓(圖5)，可減小功率損耗；對(duì)噪聲電壓和PCB的泄漏電流有更高的抗干擾性。

 

圖5：IC內(nèi)部集成了輸入欠壓檢測(cè)電路

 

該器件的X2電容有源放電是通過IC的X2檢測(cè)引腳和外置的充放電電路協(xié)同檢測(cè)交流輸入線掉電，并通過檢測(cè)X2定時(shí)器關(guān)斷模式實(shí)現(xiàn)的，可有效降低IC的功率消耗。圖6中藍(lán)色部分的為避免AC掉電誤觸發(fā)，檢測(cè)電路采用的100 ms延時(shí)電路；綠色是X2電容由高壓?jiǎn)��?dòng)電流源放電的部分。

 

 

圖6：X2電容有源放電

 

NCP1249 A/B 版本的關(guān)斷模式單獨(dú)采用一個(gè)REM引腳，用戶可以控制REM引腳電壓，當(dāng)VREM >VREM_off，IC 就進(jìn)入超低功率消耗的睡眠模式；當(dāng)VREM < VREM_off時(shí)，NCP1249恢復(fù)正常工作。推薦次級(jí)采用NCP4355來(lái)控制初級(jí)NCP1249的FB電壓和關(guān)閉模式，見圖7。

 

圖7：NCP1249 A/B 版本的關(guān)斷模式

 

C/D 版本則是REM 引腳與FB 共用一個(gè)引腳.。當(dāng)VFB/REM < 400 mV，激活關(guān)閉模式；反饋和關(guān)閉模式的控制只需要1個(gè)光耦；在關(guān)斷模式下，由于光耦偏置電流的消耗，NCP1249C/D的功率消耗大于NCP1249A/B；推薦次級(jí)使用NCP4353/4來(lái)控制NCP1249C/D的反饋和關(guān)閉模式，見圖8。

 

 

圖8：NCP1249 C/D 版本的關(guān)斷模式

 

安森美半導(dǎo)體的演示板能效顯示，NCP1249平均能效大于 90%，峰值功率擴(kuò)充表現(xiàn)十分令人滿意，在過載區(qū)域35 W持續(xù)時(shí)間為100 ms；短路區(qū)域41 W持續(xù)時(shí)間為<50 ms。

 

總結(jié)

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(hù)功能的高壓?jiǎn)��?dòng)電路，實(shí)現(xiàn)頻率抖動(dòng)、無(wú)損過功率補(bǔ)償、輕載時(shí)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(jī)能耗，輕松滿足“能源之星”標(biāo)準(zhǔn)的要求。NCP1254/55/49則是帶峰值功率擴(kuò)充的電流模式PWM控制器，適用于打印機(jī)電源、AC-DC適配器以及游戲主機(jī)適配器； 而NCP1240是針對(duì)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(jī)能耗。