極低待機(jī)功耗適配器的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

電源適配器廣泛應(yīng)用于筆記本電腦、游戲機(jī)、打印機(jī)、DSL調(diào)制解調(diào)器和手機(jī)等領(lǐng)域，應(yīng)用規(guī)模非常龐大。而從人們的使用習(xí)慣來看，這些設(shè)備也有相當(dāng)比例的時(shí)間處于輕載或待機(jī)(空載)工作模式。因此，“能源之星”等規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)在致力于提升這些設(shè)備所用電源適配器工作能效的同時(shí)，也注重提升輕載能效及降低待機(jī)能耗。

　　例如，美國環(huán)保署(EPA) 2.0版“能源之星”外部電源規(guī)范(簡稱EPA 2.0)在1.1版基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高了能效要求(見表1)，其中Ln為額定輸出功率的自然對數(shù)。

表1：美國環(huán)保署“能源之星”外部電源的1.1及2.0版規(guī)范。

　　不同適配器的功率等級相差較大，而根據(jù)IEC61000-3-2等標(biāo)準(zhǔn)的要求，功率大于75 W的電源需要增加功率因數(shù)校正(PFC)，低于75 W則無此要求。本文著重討論功率低于75 W適配器滿足EPA 2.0新規(guī)范所需要的特性，以及能夠提供這些所需特性的安森美半導(dǎo)體高性能、高能效控制器。

　　滿足能效規(guī)范的途徑

　　要滿足上述規(guī)范對外部電源工作能效及待機(jī)能耗的要求，我們首先需要分析清楚損耗的來源。事實(shí)上，就工作時(shí)的損耗來說，主要包括兩個(gè)方面，分別是開關(guān)損耗和由泄漏電感導(dǎo)致的損耗，這兩類損耗分別可以用等式(1)和等式(2)來量化：

　　從這兩個(gè)等式中可以看出，要提升工作能效，有兩種途徑：一是降低開關(guān)頻率(FSW)，即在輕載時(shí)采用頻率反走技術(shù)；二是降低關(guān)閉時(shí)的漏極電壓(VDRAIN(turn-off))，相應(yīng)地可以采用谷底開關(guān)技術(shù)。

　　而就待機(jī)模式而言，一個(gè)重要的損耗來源于啟動(dòng)電路的靜態(tài)損耗，即啟動(dòng)電阻持續(xù)地從大電容消耗電流，造成功率損耗。而降低啟動(dòng)電路損耗的途徑有多種，如采用具有極低啟動(dòng)電流的控制器、采用關(guān)斷時(shí)泄漏電流極低的集成啟動(dòng)電流源，以及連接啟動(dòng)電路至半波整流交流輸入等。

　　NCP1237/38/87/88控制器的關(guān)鍵特性

　　NCP1237、NCP1238、NCP1287和NCP1288是安森美半導(dǎo)體推出的新一代固定頻率脈寬調(diào)制(PWM)控制器，用于需要高性價(jià)比、可靠性、設(shè)計(jì)靈活性和低待機(jī)能耗的應(yīng)用，如筆記本、LCD顯示器、游戲機(jī)和打印機(jī)的交流-直流(AC-DC)適配器，以及DVD和機(jī)頂盒(STB)等消費(fèi)電子應(yīng)用。

　　這系列器件包含一系列關(guān)鍵特性，幫助提升適配器的能效及降低待機(jī)能耗。例如，一般控制器需要啟動(dòng)電阻來從整流交流線路電壓啟動(dòng)控制器，而在正常工作期間，這啟動(dòng)電阻還持續(xù)消耗功率。相比較而言，NCP1237/38/87/88系列控制器內(nèi)置啟動(dòng)場效應(yīng)管(FET)，這FET用作高壓電流源。輸入交流電壓施加在適配器上時(shí)，這個(gè)電流源為控制器的VCC電容供電。這種高壓啟動(dòng)電路在正常工作條件下關(guān)閉(這時(shí)由反激輔助繞組提供偏置電壓以省電)，消耗的功率極低；同時(shí)，控制器無需啟動(dòng)電阻(參見圖1)，幫助降低待機(jī)能耗，減少元件數(shù)量及節(jié)省電路板空間。

圖1：帶啟動(dòng)電阻與不帶啟動(dòng)電阻(內(nèi)置電壓啟動(dòng)電流源)對比。

　　這系列控制器還采用輕載時(shí)頻率反走技術(shù)和跳周期模式，降低輕載時(shí)的開關(guān)頻率，從而提升能效；同時(shí)，開關(guān)頻率在25 kHz時(shí)鉗位，從而消除可聽噪聲。此外，這系列器件提供多種保護(hù)特性，如雙啟動(dòng)電流電平、輸入欠壓及主電源過壓保護(hù)、過載保護(hù)、雙過渡保護(hù)閾值、軟啟動(dòng)和閂鎖保護(hù)等。這系列器件還提供可選的動(dòng)態(tài)自供電(DSS)功能，從而無需輔助繞組； 并內(nèi)置斜坡補(bǔ)償，不需要外部設(shè)定。以NCP1238為例，這器件的典型應(yīng)用電路圖如圖2所示。

圖2：NCP1238典型應(yīng)用電路圖