安森美半导体实现高能效、低待机能耗及功率因数校正的电源和适配器方案

为了提高电源能效及节能，世界各国包括中国都制定了针对电源能效的规范。半导体是实现高能效电子产品的重要环节，可以提供满足全球市场相关规范的解决方案。安森美半导体是其中的代表企业，其所提供的电源和适配器可实现高工作电源能效、低待机能耗及功率因数校正。 丰富的电源及电源适配器参考设计安森美半导体的电源解决方案涵盖了AC-DC电源及适配器和DC-DC电源，并提供了各种参考设计。最典型的是为内部和外部电源提供的GreenPoint®参考设计。这些开放式参考设计为高效电源设计提供了开发路线图，借助原理图、物料单、Gerber文件、设计说明、测试结果等文档，客户可快速进入市场。该参考设计符合所有相关全球能效标准，提供了用一个设计进入全球市场的机遇。 以下一些参考设计和实例电路从多方面体现了安森美半导体电源方案的特色。 1) 用于310 W ATX电源的单芯片CCM PFC+LLC解决方案：采用NCP1910高性能CCM PFC+ LLC组合(Combo)控制器，符合80 PLUS®金级能效规范；集成了ON/OFF和电源正常(Power OK)信号操作，符合ATX12V规范；易于配置启动和关闭时序，以满足保持时间和掉电警告要求。 图1：310 W ATX电源用高性能单芯片CCM PFC+ LLC组合控制器 2) 240 W一体式PC电源：用于高能效一体式PC电源的12 V、20 A开关电源(SMPS)采用NCP1605控制的频率钳位功率因数校正前端，NCP1397提供半桥谐振LLC控制，NCP4303提供次级端同步整流。 图2：240 W一体式PC电源 3) 300 W超薄液晶电视电源参考设计：是一款电路板高度仅为8 mm的超薄液晶电视电源设计，使用NCP1631进行交错式频率钳位临界导电功率因数校正，NCP1053A集成开关稳压器提供低能耗待机状态(关闭模式下Pin <25 mW)；高能效NCP1379准谐振反激式转换器为信号处理和音频放大器供电。 图3：300 W超薄液晶电视电源参考设计 4) 65 W AC-DC笔记本电脑电源适配器：是一款用于笔记本电脑电源适配器的19V、3.4A反激式设计；它采用NCP1236固定频率PWM反激式控制器，具有集成的高电压启动、欠压保护和过功率保护功能；其平均能效> 87％，符合能源之星2.0标准，空载输入功率<100 mW。 图4：65 W AC-DC笔记本电源适配器效率与输出功率和输入线电压的对比 5) 60 W准谐振电源适配器：19 V准谐振电源适配器可用于笔记本电脑电源适配器；它采用NCP1380准谐振反激式控制器，具有谷底锁定功能，可防止轻载时的变压器可听噪声；平均能效> 87％，符合能源之星2.0标准，空载输入功率<100 mW。 图5：60 W准谐振电源适配器 6) 48 W通用输入打印机电源适配器：用于打印机的24V反激式电源适配器可提供30 W稳态和48 W瞬态能力，待机模式能耗7.25 V/70 mA；采用NCP1219电流模式反激式控制器，具有动态自供电功能，是一个高性价比的低元件数量设计。 图6：48 W通用输入打印机电源适配器 7) 40W AC-DC电源适配器：是一款紧凑、高性能的12V、3.3A反激式电源适配器；它采用高度集成小型TSOP-6封装NCP1250固定频率反激式控制器，平均能效> 87％，在低输入电压条件下的空载输入功率为33 mW。 图7：40W AC-DC电源适配器 8) 22 W离线正激转换器电源：这是一款12 V、最大2 A(22 W连续功率)离线电源，采用NCP1028单片开关稳压器；简单紧凑的设计可实现低EMI和高能效，可用于白家电、电表、低能耗通信设备。 图8：22 W离线正激转换器电源 全面的高能效控制器及分立器件组合除了上述电源参考设计，安森美半导体还提供全方位的电源半导体器件，从高度集成的功率因数控制器、AC-DC控制器、DC-DC控制器到分立式MOSFET、整流器、二极管和晶体管等。 1) 功率因数控制器：包括NCP1605、NCP1607、NCP1608、NCP1631、NCP1651、NCP1652、NCP1653和NCP1654等。全面的产品组合支持各种PFC拓扑结构，包括8引脚连续导电模式(CCM) PFC控制器、8引脚临界导通模式(CrM) PFC控制器、集成CrM和固定频率不连续导电模式(DCM)的PFC控制器、单段反激式PFC控制器，以及2相交错式PFC控制器等。 表1：安森美半导体各种拓扑结构的高能效PFC控制器概览 2) 次级端控制器：NCP4303可实现CCM、DCM和QR反激式应用的同步整流控制、精确的真正次级端零电流检测(带可调节阈值)，还有自动寄生电感补偿输入。 图9：NCP4303典型应用范例：DCM或QR反激式转换器 3) AC-DC控制器和稳压器：丰富的多功能组合支持固定频率和可变频率；不同拓扑结构，从传统反激到采用正激有源钳位的半桥谐振；广泛的性价比选择，从高性价比的器件到高度集成的控制器和稳压器；嵌入的创新功能便于符合更严格的能效要求，如频率反走、软跳周期(Soft-Skip™)模式；诸多功能可减少电磁干扰(EMI)信号，有助于符合安全标准。 表2：丰富的AC-DC控制器及稳压器产品阵容 4) DC-DC控制器和稳压器：从0.5 A至10 A范围的集成开关稳压器，有各种拓扑结构选择，包括降压、升压、降压/升压和反相；宽输入电压范围高达200V，PWM控制器能够驱动高达30 A电流。 表3： DC-DC稳压器产品阵容 表4： DC-DC控制器产品阵容 5) 线性稳压器：压降低至40 mV，输出电流范围从80mA至3 A，电源抑制比高达90 dB，超快速瞬态响应不到1 μs，2.5 μA的超低静态电流(Iq)和接地电流(Ignd)。 表5：线性稳压器器产品一览 6) 各种电源转换MOSFET：这类功率器件可以分为几类，如低导电损耗、低RDS(on)的ORing MOSFET，其IM总线ORing为30 V，48 V总线ORing为100 V；隔离式拓扑结构DC-DC(砖式) MOSFET，提供低导电损耗的低RDS(on)，集成了低损耗肖特基二极管，耐热增强型SO-8 FL适用于需要散热的应用；非隔离式拓扑结构降压DC-DCMOSFET，除具有低传导损耗的低RDS(on) 特点，还集成了提高轻载效率的肖特基二极管，耐热增强型SO-8 FL封装适用于需要散热的应用。 7) MOSFET驱动器：这些器件提供两个输出，可驱动高电压功率MOSFET和IGBT，适合多种拓扑结构（如半桥、非对称半桥、有源钳位、全桥），电压范围高达600 V，dV/dt免疫力为±50 V/ns，与行业标准引脚对引脚兼容。 8) 基于沟道的肖特基二极管：这类器件具有低Vf及高工作温度能力的特点，有助于提高能效。 9) 电压基准：精确的基准电压从0.9 V至2.5 V，严格的电压容限为0.4％至3％，输出电压范围高达36 V；此外，还具有低动态阻抗、低噪声和稳定运行的特点，丰富的封装包括表面贴装和通孔。 全方位电源优势安森美半导体利用其丰富的电源专长、解决方案和产品，帮助设计人员快速提高系统能效。这些产品和解决方案可节省能耗，提供高性价比的电源，以满足不断变化的全球能效标准。高能效电源方案能帮助客户完成提高其产品能效的挑战，如低待机模式能耗、高工作模式能效和功率因数校正。 安森美半导体在全球拥有广泛的设计和应用资源网络，现场应用工程师以客户为中心的支持，帮助客户优化电源设计。