基于NCP1246的低待機能耗設計

1 引言

交流-直流(AC-DC)電源適配器的應用非常廣泛，如用于筆記本電腦、液晶顯示器及打印機等。這些電源適配器長時間處于空載待機模式，而且使用量巨大，由此帶來巨大的電能損耗。美國“能源之星”標準對這類外部電源(EPS)的空載能耗有明確要求，即功率50 W以下的AC-DC EPS空載能耗不超過0.3 W;功率介于50 W至250 W的AC-DC EPS空載能耗則要不超過0.5 W.目前，市場上較佳性能的AC-DC適配器最佳空載能耗性能是30 mW左右。而最新適配要求是空載能耗低于30 mW,這就要求降低輸出電壓(Vout)，以減少空載寄生能耗;還要允許關閉初級端控制器，以進一步降低能耗。這樣一來，在空載期間，適配器輸出電壓可自動降低，輸出電壓可在19 V-2.5 V之間跳變，以降低穩(wěn)壓能耗。

安森美半導體推出的NCP1246的空載能耗小于16 mW,利用NCP1246 + NCP4354實現(xiàn)的低待機能耗解決方案可輕松滿足“能源之星”要求，適用于功率65 W的電源適配器，并能實現(xiàn)20 mW以下的極低待機能耗。

2 兩個器件組成的低待機能耗方案

NCP1246是一個滿足上述要求的初級端控制器。NCP4354是一款次級端控制器，具有檢測空載條件，且可由光耦關閉NCP1246.它可替代TL431,電流消耗小于100 μA.NCP4354可以對空載進行檢測，器件中增加的空載檢測電路對“輸出電壓” (Vout) 與“空載信息”(No load info)進行比較。在高開關頻率或高頻待機跳周期模式下兩者均等于負載;而在空載及極低頻跳周期模式下兩者不同;在小電容及恒定負載條件下，輸出電壓保持恒定，而“”空載信息“走低。這樣，無需進行功率檢測，對能效及安全無影響，而且外部元件數(shù)量很少，易于調(diào)節(jié)。

圖1是進入關閉模式的過程。當輸出電流從滿載慢慢降低時，初級控制器會從正常工作轉(zhuǎn)換成跳周期工作，輸出電壓和空載信息基本上比較接近;當輸入極低跳周期或關閉模式時，輸出空載電壓將低于輸出電壓，從而檢測到極低負載或空載，激活關閉模式。

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圖1:進入關閉模式的過程

當輸出電壓大于”空載信息“時，導通/關閉(ON/OFF)光耦關閉初級端控制器;在初級端控制器重啟前，輸出電壓允許降低至2.5 V.這樣就可以實現(xiàn)頻率低至0.01333 Hz (75 s跳周期時間) 的極低頻率跳周期模式。

3 NCP1246的特性及應用

NCP1246是一款固定頻率、電流模式控制器，是為空載和輕負載條件下最大限度地降低能耗而專門優(yōu)化的。該器件可動態(tài)自供電，內(nèi)置了有源X2電容放電;可以進入省電休眠狀態(tài)，提供輸出電壓打嗝模式;在輕負載條件下降低頻率，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，保持整個線路/負載范圍內(nèi)的高效率。

此外，在嚴重故障情況下，NCP1246可閉鎖輸入，允許直接連接NTC;基于定時器的保護可自動恢復或鎖定;具有高壓啟動電路;在整個負載范圍內(nèi)軟化EMI干擾的頻率抖動;實現(xiàn)高達30 V的Vcc 操作。NCP1246的市場及應用包括：AC適配器 (筆記本電腦、液晶顯示器和打印機)、開架式PSU (DVD、STB)、離線電池充電器、消費類電子產(chǎn)品電源等。

為了符合安規(guī)標準，AC-DC電源必須具備在撥出交流插頭后不到1秒時間內(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，當考慮到空載輸入能耗時，此25 mW能耗相對較大。安森美半導體的方案采用有源X2電容放電來檢測斷開交流連接狀況，并通過開關觸發(fā)電容放電。NCP1246 HV引腳包含了交流線路撥出檢測器，如果定時器定時到期，輸入即為直流，放電電路被觸發(fā)，X2電容放電，見圖2.

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圖2:NCP1246交流線路撥出檢測器

器件的關閉模式是由從次級端到NCP1246反饋引腳的信號來觸發(fā)的。NCP435x使用相同的光耦提供此信號，用于反饋網(wǎng)絡;空載期間，NCP435x驅(qū)動光耦，下拉反饋(FB)引腳，關閉NCP1246.NCP1246的關閉模式有兩個與眾不同之處，一個是采用低能耗關閉模式，另一個是以光耦觸發(fā)的關閉模式。

4 NCP4354的特性及應用

NCP4354是專為與NCP1246配合使用而設計的一款低待機能耗次級端恒流恒壓 (CCCV) 控制器，帶有LED驅(qū)動器 (圖3)。其價值在于，可檢測空載條件并使主控制器進入超低頻率跳周期模式，以降低待機功耗;只有一個反饋和關閉(OFF)控制所需的光耦;提高了空載效率(小于15 mW);元件更少。此外，它還具有CCCV反饋和LED驅(qū)動器、供電電壓高達36 V、在關機模式可調(diào)整最低Vout、1.25 V參考精度為1%,以及Icc大于100 μA等特性。NCP4354與NCP1246一起使用，可調(diào)節(jié)Vmin,市場及應用范圍包括筆記本電腦適配器及其他外部電源適配器。NCP435x系列還有一款不帶LED驅(qū)動器的產(chǎn)品NCP4353,可以與NCP1246一起使用來調(diào)節(jié)Vmin(僅B版本)。