基于NCP1937的高能效、低待機(jī)能耗的解決方案

0 引言

在人們的日常工作或生活中，所使用的筆記本或臺(tái)式電腦一體機(jī)等應(yīng)用并不總是滿負(fù)載或重負(fù)載工作，而是在相當(dāng)多的時(shí)間內(nèi)會(huì)處于待機(jī)或輕載工作模式。在消費(fèi)者節(jié)能意識(shí)不斷增強(qiáng)及能效法規(guī)日趨嚴(yán)格的當(dāng)今，電源的輕載或待機(jī)能耗性能也越來(lái)越受重設(shè)計(jì)人員重視。本文介紹安森美半導(dǎo)體NCP1937電源管理組合控制器主要特性，幫助設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)高能效、低待機(jī)能耗(10 mW)的75 W以上功率電源，適用于一體機(jī)和筆記本適配器及LED電視電源等領(lǐng)域。

1 NCP1937基本特性簡(jiǎn)介

NCP1937是安森美半導(dǎo)體新近推出的一款組合控制器(Combo Controller)，在單芯片中集成了功率因數(shù)校正(PFC)控制器及準(zhǔn)諧振(QR)反激控制器，能用于設(shè)計(jì)緊湊、高能效、待機(jī)及輕載能耗極低的適配器等電源。

NCP1937具備一些特性，如支持省電模式(Power Saving Mode, PSM)，可將待機(jī)能耗降低至低于10 mW.該控制器包含高壓?jiǎn)?dòng)及有源輸入濾波X電容放電電路，幫助減少外部元件數(shù)量及降低待機(jī)能耗。它集成的準(zhǔn)諧振控制器帶谷底鎖定功能，提供無(wú)噪聲工作。NCP1937集成了高壓輸入欠壓檢測(cè)器，還集成了高壓開(kāi)關(guān)，用于斷開(kāi)PFC反饋電阻分壓器以降低待機(jī)能耗。NCP1937支持9 V至30 V的寬VCC范圍，帶內(nèi)置過(guò)壓保護(hù)。它還包含0.5 A/0.8 A源/汲電流門(mén)極驅(qū)動(dòng)器。

圖1:NCP1937引腳配置圖

NCP1937采用SOIC-20封裝，圖1顯示的是其引腳配置圖。其中，HV/X2引腳用于高壓?jiǎn)?dòng)電路輸入，還用于輸入X電容放電。BO/X2引腳為整個(gè)IC執(zhí)行輸入欠壓檢測(cè)，還用于為輸入X電容放電并檢測(cè)線路電壓范圍。PControl控制PFC傳導(dǎo)誤差放大器輸出，補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)連接此引腳及地，以設(shè)定環(huán)路帶寬。而連接在PONOFF引腳與地之間的電阻設(shè)定PFC關(guān)閉閾值。PSTimer引腳進(jìn)行省電模式控制及定時(shí)器調(diào)節(jié)。

2 NCP1937關(guān)鍵功能詳解

NCP1937組合控制器集成了PFC控制器和QR反激控制器。其中，PFC控制器采用臨界導(dǎo)電模式(CrM)工作，帶谷底開(kāi)關(guān)、恒定導(dǎo)通時(shí)間控制及最大頻率鉗位功能。某些應(yīng)用中要求在負(fù)載變輕時(shí)關(guān)閉PFC轉(zhuǎn)換器以優(yōu)化系統(tǒng)能效。NCP1937中的PFC控制器采用新穎的架構(gòu)來(lái)確定輸出功率，并根據(jù)輸出功率來(lái)啟用/關(guān)閉PFC段。例如，用戶可以調(diào)節(jié)PFC段關(guān)閉閾值，并且針對(duì)美國(guó)及歐洲的交流電壓提供不同的PFC段關(guān)閉閾值等級(jí)，能夠減小輸出大電容。PFC控制器的跟隨升壓架構(gòu)根據(jù)交流線路電壓獨(dú)立調(diào)節(jié)PFC輸出電壓(美國(guó)交流電壓輸入條件下為250 V,歐洲/亞洲交流輸入條件下為400 V)，并降低功率耗散。線路電壓前饋功能增加了動(dòng)態(tài)范圍，并提升噪聲抗擾度。PFC控制器還提供極佳的瞬態(tài)負(fù)載響應(yīng)，因?yàn)榘瑒?dòng)態(tài)響應(yīng)增強(qiáng)器(DRE)。軟過(guò)壓保護(hù)特性降低負(fù)載瞬態(tài)期間出現(xiàn)可聽(tīng)噪聲的可能性。其它特性包括：正向電流感測(cè)，結(jié)合PFC零電流檢測(cè)(ZCD);250 kHz頻率鉗位及輕載時(shí)跳周期工作;豐富的安全保護(hù)特性，如快速過(guò)壓保護(hù)(OVP)、PFB引腳開(kāi)路保護(hù)、升壓及旁路二極管短路檢測(cè)。

反激控制器采用準(zhǔn)諧振峰值電流模式工作，帶谷底鎖定功能。準(zhǔn)諧振反激控制器開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器(QDRV)關(guān)閉期間延遲3 ?s,消隱漏電流振鈴效應(yīng)。反激控制器內(nèi)置4 ms軟啟動(dòng)，包含128 ms定時(shí)器用于短路檢測(cè)(提供自動(dòng)恢復(fù)或閂鎖選擇)。反激控制器支持輕載工作模式，在第4個(gè)谷底后采用壓控振蕩器(VCO)工作模式，最低頻率被限制為 23.5 kHz;負(fù)載更輕時(shí)強(qiáng)迫進(jìn)入跳周期模式，進(jìn)一步節(jié)省能耗(見(jiàn)圖2)。其它特性包括ZCD引腳上結(jié)合過(guò)功率補(bǔ)償?shù)取?/p>

圖2:NCP1937中的QR反激控制器在不同反饋輸入電壓條件下的工作谷底

3 基于NCP1937的85 W適配器演示板性能測(cè)試

安森美半導(dǎo)體基于NCP1937組合控制器開(kāi)發(fā)了一款85 W適配器演示板(見(jiàn)圖3)。該演示板可工作在寬范圍輸入電壓條件下，提供20 V的額定輸出電壓。演示板除了使用NCP1937,還使用安森美半導(dǎo)體NCP4303次級(jí)端同步整流控制器提供次級(jí)端同步整流，并使用安森美半導(dǎo)體用于低待機(jī)能耗電源適配器的NCP4355次級(jí)端控制器進(jìn)行次級(jí)端空載檢測(cè)控制。

圖3:基于NCP1937、NCP4303和NCP4355的85 W低待機(jī)能耗適配器演示板

圖4顯示了此演示板在不同輸出功率條件下的能效測(cè)試數(shù)據(jù)及曲線圖。測(cè)試顯示，這85 W演示板在115 Vac、92.99 W輸入功率(Pin)條件下，能效達(dá)91.28%;在230 Vac、91.85 W Pin條件下，能效達(dá)92.41%;平均能效高達(dá)90.18%.

圖4:基于NCP1937的85 W適配器演示板提供高達(dá)90.18%的平均能效