笔记本电脑、液晶显示器及打印机等产品都要使用AC-DC电源适配器作为供电电源。这些适配器长时间处于空载待机模式,而且用量巨大,但相当多现有产品的待机能耗较高,由此电能浪费也巨大。为了节省能耗,美国“能源之星”标准对这类外部电源(EPS)的空载能耗制定了明确要求,规定功率50W以下的AC-DC EPS空载能耗不得超过0.3W;50-250W的AC-DC空载能耗不得超过0.5W。目前市场上较佳性能的AC-DC适配器最佳空载能耗性能是30mW左右。而安森美半导体NCP1246的空载能耗小于16mW,利用NCP1246 + NCP4354实现的低待机能耗解决方案可超越“能源之星”的要求,适用于功率65W的电源适配器,并能实现20mW以下的极低待机能耗;NCP1254/5/49则是带峰值功率扩充的电流模式PWM控制器,用于打印机适配器,同样具有极低的空载待机能耗。
高压固定频率电流模式反激控制器的特性及应用
安森美半导体针对高压固定频率电流模式反激控制器包含NCP1246、NCP1247、NCP1248和NCP1240等器件。NCP1246/7/8均可通过光耦触发低功耗关闭模式。在正常工作期间,20kΩ上拉电阻在FB引脚上提供250μA偏置电流;在关闭模式期间,VFB(reg)为0V,FB引脚另由小得多的5μA电流源偏置。这些器件只需要极小的光耦电流来维持关闭模式。由于光耦的低电流传输比(CTR),NCP4353/4使用150μA电流来确保关闭模式可靠。
NCP1246是一款满足“能源之星”要求的初级端控制器。其特性包括频率反走、跳周期模式、高压启动、动态自供电(DSS)、输入欠压(BO)检测、有源X2电容放电、基于定时器的过功率保护(OPP)、频率抖动、严重故障时闩锁、自动恢复或闩锁选择的过流保护(OCP),以及空载待机能耗<30mW。其市场及应用包括:AC适配器(笔记本电脑、液晶显示器和打印机)、开放式电源(DVD、STB)、离线电池充电器、消费类电子产品电源等。
NCP1247/48均为低待机功耗高压启动定频控制器,重要应用是笔记本电脑和打印机AC电源适配器,以及DVD、STB的开放式电源。NCP1247基于NCP1246,具有NCP1246的全部特性及更多特性,如延长维持时间(52ms)、更好的X2放电序列;延长连续门极驱动,改善高压引脚高低压OCP补偿,更适合于同步整流(SR)应用,为PLD测试提供新的输入欠压(BO)检测选择;还增加了70Vac。NCP1248基于NCP1247,可提供NCP1247的全部特性及更多特性,消除了轻载期间的固定电流设定点,减小了FB引脚上的跳周期模式阈值。
NCP1240是一个低待机能耗高压启动定频控制器,即将于2014年第二季度提供样品,可用于英特尔Haswell CPU电源应用。这器件基于NCP1248,提供NCP1248的全部特性及更多特性,如双OCP、快速OCP定时器,以及2ms软OCP定时器。
NCP124x系列是为空载和轻负载条件下最大限度地降低能耗而专门优化的。器件可动态自供电,内置了有源X2电容放电;可以进入省电休眠状态,提供输出电压打嗝模式;在轻负载条件下降低频率,并采用跳周期模式;省去了放电电阻,从而节省了电力及元件;在空载条件下显著降低了功耗,保持整个线路/负载范围内的高效率。此外,在严重故障情况下,NCP124x可闭锁输入,允许直接连接NTC;基于定时器的保护可自动恢复或锁定;具有高压启动电路;在整个负载范围内软化EMI干扰的频率抖动;实现高达30V的Vcc操作。
值得一提的是,为了符合安规标准,AC-DC电源必须具备在拨出交流插头后不到1s时间内将电磁干扰(EMI)滤波器X2输入电容放电的能力。为了符合此要求,常使用与电容并联的一串高阻抗电阻,但是,电阻型消耗源(drain)消耗约25mW输入能耗,当考虑到空载输入能耗时,此25mW能耗相对较大。安森美半导体的方案采用有源X2电容放电来检测断开交流连接状况,并通过开关触发电容放电。
次级端控制器的特性及应用
安森美半导体的NCP4353/4是专为与NCP1246配合使用而设计的一款低待机能耗次级端恒流恒压(CCCV)控制器。NCP4354带有LED驱动器,而NCP4353不带LED驱动器。NCP4353/4可检测空载条件,并使初级端控制器(如NCP1246)进入低能耗关闭模式;在关闭模式期间,初级端控制器关闭,由输出电容提供电能,因而省去维持稳压所要求的能耗。在关闭模式期间,输出电压减小,并可减小至可调节电平。一旦要求更多电能,NCP4353/4就会自动重启初级端控制器。NCP4353/4使用“有源关闭”信号来控制初级端控制器,这表示它在关闭模式期间驱动光耦来下拉初级端控制器的FB引脚。NCP1246/7/8初级端控制器与NCP4353/4次级端控制器结合在一起使用,可提供低于16mW的空载输入能耗,用于笔记本电脑适配器及其他外部电源适配器等应用。
峰值功率扩充电流模式PWM控制器的特性及应用
带峰值功率扩充的电流模式PWM控制器是安森美半导体新推出的几款产品,包括NCP1254、NCP1255和NCP1249。NCP1254是无高压版本,具有频率抖动、峰值功率扩充、频率反走、双OCP、固定故障定时器、内部OPC、通过Vcc或闩锁引脚提供OVP、双Vcc待机期间断续模式等功能;NCP1255是基于NCP1254的版本,功能包括可调节故障定时器、输入欠压(BO)检测、待机能耗<30mW;NCP1249则是NCP1255的高压版本,功能包括有源X2电容放电、待机能耗<10mW。
NCP1254/55/49无需使用大型变压器即可实现峰值功率能力,改进了轻载能效和保护能力,其峰值功率扩充是这样实现的:当反馈(FB)电压大于3.2V时,开关频率线性增加;当反馈电压FB=4.0V,开关频率增加为原来频率的2倍,峰值电流设定值保持不变,这种方式允许不用增大变压器的规格就能输出更大的功率。
安森美半导体的演示板能效显示,NCP1249平均能效大于90%,峰值功率扩充表现十分令人满意,在过载区域35W持续时间为100ms;短路区域41W持续时间为<50ms。
总结
NCP124x及NCP4353/4是用于适配器的配套器件,前者集成了带X电容放电和输入欠压保护功能的高压启动电路,实现频率抖动、无损过功率补偿、轻载时频率反走、跳周期及休眠模式等功能。配合NCP4354使用可为AC-DC电源适配器提供极低的空载待机能耗,轻松满足“能源之星”标准的要求。NCP1254/55/49则是带峰值功率扩充的电流模式PWM控制器,适用于打印机电源、AC-DC适配器以及游戏主机适配器;而NCP1240是针对用于英特尔Haswell CPU电脑的适配器同样它们都提供超低空载待机能耗。