基于onsmei NCP1937+NCP4304應(yīng)用于呼吸器的高效率低待載功耗90W電源適配器方案

作者：時(shí)間：2022-11-30 來源：網(wǎng)易科技

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近年來直流無刷馬達(dá)(BLDC)被廣泛的應(yīng)用在各產(chǎn)業(yè)中，例如:汽車電子產(chǎn)業(yè)里的散熱風(fēng)扇、雨刷等，或是消費(fèi)性電子產(chǎn)業(yè)里的家用風(fēng)扇、空氣清凈機(jī)等，或者是醫(yī)療產(chǎn)業(yè)里的呼吸器、分析儀等應(yīng)用。這些直流無刷馬達(dá)的應(yīng)用都需要一個(gè)直流電源。另外，環(huán)保意識抬頭的風(fēng)潮下，各國都紛紛制定適配器電源相關(guān)的規(guī)范來約束，歐盟Code of Conduct(CoC)與美國能源部(DoE)為目前電源業(yè)界最常使用得規(guī)范，使得整個(gè)適配器電源市場都要求高效率與低空載待機(jī)功耗。以一個(gè)90W的適配器為例，其整體四點(diǎn)平均效率(25%, 50%, 75%, 100%)必須大于89%，空載待機(jī)功耗必須小于0.15W。另外，為了符合法規(guī)要求線路會搭配功率因數(shù)校正電路(PFC)，使得適配器在滿載時(shí)有好的功率因數(shù)表現(xiàn)，因此，適配器在空載待機(jī)與搭配功率因數(shù)校正電路狀況下，空載待機(jī)功耗要小于0.15W幾乎是很難達(dá)到，所以勢必要把功率因數(shù)校正電路給關(guān)閉。

本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/202211/441056.htm

因此本方案以呼吸器用的24V-90W電源適配器為例，主要控制器采用安森美半導(dǎo)體Combo IC NCP1937，并搭配二次側(cè)同步整流NCP4304來實(shí)現(xiàn)本案的訴求高效能、低空載待機(jī)功耗。本案會采用NCP1937主要它是一款Combo IC (CrM_PFC+QR_PWM)，可大幅簡化PFC與PWM周邊元件，再者，CrM_PFC又非常適合在150W以下的應(yīng)用場合。另外，NCP1937有提供兩個(gè)獨(dú)特功能，讓設(shè)計(jì)者能將它調(diào)整成適合各領(lǐng)域的應(yīng)用。首先，NCP1937有提供依照輸入電壓而提供兩階不同輸出電壓，這功能可以提高低壓輸入時(shí)的整體效率，不用再搭配額外電路就可達(dá)到，當(dāng)然這功能也可以讓使用者關(guān)閉(Pin18不使用)。NCP1937也提供讓使用者透過外部連接一對地電阻設(shè)定來控制PFC的ON/OFF，當(dāng)NCP1937 Pin 6電壓低于2V時(shí)，NCP1937會關(guān)閉PFC，反之亦然，這PFC啟閉功能可以提高整體線路在中載與輕載時(shí)效率，這功能也不需要額外的線路就可達(dá)成。本方案也會使用NCP1937這兩個(gè)獨(dú)特功能，首先，高/低電壓輸入時(shí)，其PFC電壓為設(shè)定為400V/193V。再者，將PFC ON/OFF設(shè)定輸出瓦數(shù)超出5.4W開啟PFC，輸出瓦數(shù)低于0.72W關(guān)閉PFC，這主要是讓PFC電路在空載時(shí)是關(guān)閉的，以獲得好的待機(jī)功耗表現(xiàn)。在輸出5.4W時(shí)開啟PFC，這主要考量呼吸器在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，其電流是高高低低的，不會維持在一定值，為了讓PFC電路不受呼吸器運(yùn)轉(zhuǎn)所影響，而開開關(guān)關(guān)的，因此將瓦數(shù)設(shè)在5.4W開啟PFC線路，使適配器可在極低輸出瓦數(shù)下可以穩(wěn)定的操作。

本方案的呼吸器用的24V-90W適配器電源也應(yīng)用NCP1937這兩個(gè)獨(dú)特功能以達(dá)到高效率(＞90%)與低空載待機(jī)功耗(＜0.15W)要求。圖一、為本案在不同輸入電壓/輸出瓦數(shù)下的效率表現(xiàn)，最佳效率有92.1% @264Vac/75% Load，最差效率還有87.29% @240Vac/25%Load，其四點(diǎn)平居效率為90%。圖二、為本案在不同輸入電壓@10% Load以下，其效率的表現(xiàn)，從圖二可看出在10%Load下最差效率還有79.58%的表示。圖三、為本案在不同輸入電壓下的空載待機(jī)功耗表現(xiàn)，可以看出本案最差的空載待機(jī)功耗是0.06W@264Vac時(shí)，其待機(jī)功耗是可以符合法規(guī)的要求0.15W以下。圖四、為本案在不同輸入電壓/輸出瓦數(shù)的PF值表現(xiàn)，從圖四中可以看出@25% Load下PFC電路還是開啟的。圖五、為本案在不同輸入電壓下PFC電路開啟/關(guān)閉的狀況，PFC開啟電流在0.225A，PFC關(guān)閉電流在0.03A。

安森美半導(dǎo)體NCP1937是一款先進(jìn)的Combo IC，它結(jié)合PFC(Power Factor Correction)與QR_Flyback(Quasi-Resonant_Flyback)控制器在SOIC-20包裝里。在PFC部分，它是屬于CrM(Critical Conduction Mode, CrM)的操作模式并帶有最大頻率限制機(jī)制(Maximum frequency clamp)，此功能主要在輕載時(shí)能有效降低PFC MOSFET切換損失(PFC MOSFET switching losses)，以提升PFC在輕載時(shí)的整體效率，并且PFC控制器也提供過電壓保護(hù)與昇壓二極體短路保護(hù)。另外，NCP1937也提供讓使用者透過外部電阻來設(shè)定控制PFC的ON/OFF。在QR_Flyback部分，它是屬于谷底切換的操作(Valley Switching Operation)并帶有谷底閉鎖(Valley-LocKout)的功能，此功能能讓Power supply大幅減少噪音的發(fā)生，并且QR_Flyback控制器也提供內(nèi)部4mS軟啟動功能、可調(diào)整得過功率保護(hù)、輸出線圈與二極體短路保護(hù)。

NCP4304是安森美半導(dǎo)體一款全功能的控制器與驅(qū)動器，專門為開關(guān)電源的同步整流電路而設(shè)計(jì)，適用于Flyback、Forwoard與HB-LLC等電路架構(gòu)中。它提供外部可調(diào)最短開關(guān)時(shí)間有助減寄生元件所產(chǎn)生的震蕩，NCP4304也提供高達(dá)200V的零電流偵測能力、高汲電流能力(Isource=2.5A / Isink=5A)與寬操作電壓(30V)，讓NCP4304適合運(yùn)用在更寬廣的輸出電壓場合。

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