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【节能】安森美半导体推出高性能75w+电源方案

【节能】安森美半导体推出高性能75w+电源方案
来源:我爱方案网 时间:2013-12-03

【导读】大家手中的电子消费类产品每天大部分时间并没有处于满载状态,而处于待机或轻载的时间居多。电源的待机能耗也逐渐备受关注,安森美半导体推出基于NCP1937电源管理组合控制器的高性能、低待机能耗的电源方案,有效地提高了75w以上电源的性能。

NCP1937基本特性简介

NCP1937是安森美半导体新近推出的一款组合控制器(Combo Controller),在单芯片中集成了功率因数校正(PFC)控制器及准谐振(QR)反激控制器,能用于设计紧凑、高能效、待机及轻载能耗极低的适配器等电源。


NCP1937引脚配置图

NCP1937采用SOIC-20封装,上图显示的是其引脚配置图。其中,HV/X2引脚用于高压启动电路输入,还用于输入X电容放电。BO/X2引脚为整个IC执行输入欠压检测,还用于为输入X电容放电并检测线路电压范围。PControl控制PFC传导误差放大器输出,补偿网络连接此引脚及地,以设定环路带宽。而连接在PONOFF引脚与地之间的电阻设定PFC关闭阈值。PSTimer引脚进行省电模式控制及定时器调节。

NCP1937重要功能

NCP1937组合控制器集成了PFC控制器和QR反激控制器。其中,PFC控制器采用临界导电模式(CrM)工作,带谷底开关、恒定导通时间控制及频率钳位功能;采用新颖的架构来确定输出功率,并根据输出功率来启用/关闭PFC段;PFC控制器的跟随升压架构根据交流线路电压独立调节PFC输出电压(美国交流电压输入条件下为250 V,欧洲/亚洲交流输入条件下为400 V),并降低功率耗散;线路电压前馈功能增加了动态范围,并提升噪声抗扰度;PFC控制器还提供的瞬态负载响应,因为包含动态响应增强器(DRE);软过压保护特性降低负载瞬态期间出现可听噪声的可能性。


NCP1937中的QR反激控制器在不同反馈输入电压条件下的工作谷底


基于NCP1937的85 W适配器演示板性能测试

安森美半导体基于NCP1937组合控制器开发了一款85 W适配器演示板。该演示板可工作在宽范围输入电压条件下,提供20 V的额定输出电压。演示板除了使用NCP1937,还使用安森美半导体NCP4303次级端同步整流控制器提供次级端同步整流,并使用安森美半导体用于低待机能耗电源适配器的NCP4355次级端控制器进行次级端空载检测控制。


基于NCP1937、NCP4303和NCP4355的85 W低待机能耗适配器演示板

电源满载状态性能测试

基于NCP1937的85 W适配器演示板提供高达90.18%的平均能效

上图为演示板在不同输出功率条件下的能效测试数据及曲线图。测试显示,这85 W演示板在115 Vac、92.99 W输入功率(Pin)条件下,能效达91.28%;在230 Vac、91.85 W Pin条件下,能效达92.41%;平均能效高达90.18%。
电源轻载状态性能测试

此演示板在轻载条件下的能耗极低,也提供较高能效。如在115 Vac、5.027 W Pin条件下,能效达79.85%;而在115 Vac、11.640 W Pin条件下,能效达85.91%。而在230 Vac、5.055 W Pin条件下,能效达79.13%;在230 Vac、11.869 W Pin条件下,能效达84.25%。



电源节电模式性能测试

进入节电模式(PSM)的波形
如前所述,NCP1937包含独特的省电模式(PSM),能够用于在空载条件下将适配器待机能耗降至低。此85 W演示板采用双线连接时测得的数据显示:115 Vac时,NCP1937在省电模式能耗仅为4.82 mW;265 Vac时,NCP1937在省电模式下的能耗为8.68 mW。

电容放电测试

值得一提的是,为了符合安规,AC-DC电源必须在插头从交流插座拨出后小于1秒时间内完成自动对EMI输入滤波器X2电容放电。为了符合此要求,NCP1937给X2电容放电的步骤是:

(1) 检测到移除交流电压(拨出AC插头)时,BOX2及HVX2引脚上的电压变为静态。额定的95 ms定时器计时必须用完,以使控制IC通报交流电压已移除。通报交流线路移除时驱动脉冲停止。
(2) Vcc电压由内部下拉电流源(额定电流11.5 mA)放电至Vcc(off)阈值。
(3) 一旦Vcc被下拉至Vcc(off),启动电流源以额定3.75 mA电流导通,并将X2电容中存储的电荷传输至Vcc电容。
根据VCC电容与X2电容的相对尺寸大小 ,有可能使Vcc电压到达Vcc(on)阈值并重启控制器。然后必须再次检测到移除交流线路。

NCP1937通过检测交流条件来给X2电容放电,节省空载能耗
NCP1937也能在较高负载条件下提供优异的功率因数。测试显示,此85 W演示板在115 Vac条件下50%、75%和100%负载时的功率因数分别达0.978、0.984和0.985;在230 Vac条件下75%和100%负载时的功率因数分别达0.943和0.956。

结语

安森美半导体的NCP1937组合控制器集成了PFC控制器和准谐振反激控制器,是一款高能效、低待机能耗(可低于10 mW)的方案,适合75 W以上功率的电源应用,如笔记本及台式一体机电源适配器。本文介绍了NCP1937的关键特性以及基于NCP1937开发的85 W电源适配器演示板能效测试结果,阐释了部分关键功能的工作原理,帮助设计人员更好了解这组合控制器的特性及优势,以开发高能效、低待机能耗的75 W以上电源方案。

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