电源适配器中安森美半导体超低待机能耗方案

笔记本电脑、液晶显示器及打印机等产品都要使用AC-DC电源适配器作为供电电源。这些适配器长时间处于空载待机模式，而且用量巨大，但相当多现有产品的待机能耗较高，由此电能浪费也巨大。为了节省能耗，美国“能源之星”标准对这类外部电源(EPS)的空载能耗制定了明确要求，规定功率50 W以下的AC-DC EPS空载能耗不得超过0.3 W;50 W至250 W的AC-DC空载能耗不得超过0.5 W。目前市场上较佳性能的AC-DC适配器最佳空载能耗性能是30 mW左右。而安森美半导体NCP1246的空载能耗小于16 mW，利用NCP1246 + NCP4354实现的低待机能耗解决方案可超越“能源之星”的要求，适用于功率65 W的电源适配器，并能实现20 mW以下的极低待机能耗;NCP1254/5/49则是带峰值功率扩充的电流模式PWM控制器，用于打印机适配器，同样具有极低的空载待机能耗。

高压固定频率电流模式反激控制器的特性及应用

安森美半导体针对高压固定频率电流模式反激控制器包含NCP1246、NCP1247、NCP1248和NCP1240等器件。NCP1246/7/8均可通过光耦触发低功耗关闭模式。在正常工作期间，20 kΩ上拉电阻在FB引脚上提供250 μA偏置电流;在关闭模式期间，VFB(reg)为0 V，FB引脚另由小得多的5 μA电流源偏置。这些器件只需要极小的光耦电流来维持关闭模式。由于光耦的低电流传输比(CTR)，NCP4353/4使用150 μA电流来确保关闭模式可靠，见图1。

NCP1246是一款满足“能源之星”要求的初级端控制器。其特性包括频率反走、跳周期模式、高压启动、动态自供电(DSS)、输入欠压(BO)检测、有源X2电容放电、基于定时器的过功率保护(OPP)、频率抖动、严重故障时闩锁、自动恢复或闩锁选择的过流保护(OCP)，以及空载待机能耗< 30 mW。其市场及应用包括：AC适配器(笔记本电脑、液晶显示器和打印机)、开放式电源(DVD、STB)、离线电池充电器、消费类电子产品电源等。

NCP1247/48均为低待机功耗高压启动定频控制器，重要应用是笔记本电脑和打印机AC电源适配器，以及DVD、STB的开放式电源。NCP1247基于NCP1246，具有NCP1246的全部特性及更多特性，如延长维持时间(52ms)、更好的X2放电序列;延长连续门极驱动，改善高压引脚高低压OCP补偿，更适合于同步整流(SR)应用，为PLD测试提供新的输入欠压(BO)检测选择;还增加了70 Vac。NCP1248基于NCP1247，可提供NCP1247的全部特性及更多特性，消除了轻载期间的固定电流设定点，减小了FB引脚上的跳周期模式阈值。

NCP1240是一个低待机能耗高压启动定频控制器，即将于2014年第二季度提供样品，可用于英特尔Haswell CPU电源应用。这器件基于NCP1248，提供NCP1248的全部特性及更多特性，如双OCP、快速OCP定时器，以及2 ms软OCP定时器。

NCP124x系列是为空载和轻负载条件下最大限度地降低能耗而专门优化的。器件可动态自供电，内置了有源X2电容放电;可以进入省电休眠状态，提供输出电压打嗝模式;在轻负载条件下降低频率，并采用跳周期模式;省去了放电电阻，从而节省了电力及元件;在空载条件下显著降低了功耗，保持整个线路/负载范围内的高效率。

此外，在严重故障情况下，NCP124x可闭锁输入，允许直接连接NTC;基于定时器的保护可自动恢复或锁定;具有高压启动电路;在整个负载范围内软化EMI干扰的频率抖动;实现高达30 V的Vcc 操作。

值得一提的是，为了符合安规标准，AC-DC电源必须具备在拨出交流插头后不到1秒时间内将电磁干扰(EMI)滤波器X2输入电容放电的能力。为了符合此要求，常使用与电容并联的一串高阻抗电阻，但是，电阻型消耗源(drain)消耗约25 mW输入能耗，当考虑到空载输入能耗时，此25 mW能耗相对较大。安森美半导体的方案采用有源X2电容放电来检测断开交流连接状况，并通过开关触发电容放电。NCP124x的HV引脚包含了交流线路拨出检测器，如果定时器定时到期，输入即为直流，放电电路被触发，X2电容放电，见图2。

次级端控制器的特性及应用

安森美半导体的NCP4353/4是专为与NCP1246配合使用而设计的一款低待机能耗次级端恒流恒压 (CCCV) 控制器。NCP4354带有LED驱动器(图3)，而NCP4353不带LED驱动器。NCP4353/4可检测空载条件，并使初级端控制器(如NCP1246)进入低能耗关闭模式;在关闭模式期间，初级端控制器关闭，由输出电容提供电能，因而省去维持稳压所要求的能耗。在关闭模式期间，输出电压减小，并可减小至可调节电平。一旦要求更多电能，NCP4353/4就会自动重启初级端控制器。NCP4353/4使用“有源关闭”信号来控制初级端控制器，这表示它在关闭模式期间驱动光耦来下拉初级端控制器的FB引脚。NCP1246/7/8初级端控制器与NCP4353/4次级端控制器结合在一起使用，可提供低于16 mW的空载输入能耗，用于笔记本电脑适配器及其他外部电源适配器等应用。

峰值功率扩充电流模式PWM控制器的特性及应用

带峰值功率扩充的电流模式PWM控制器是安森美半导体新推出的几款产品，包括NCP1254、NCP1255和NCP1249。NCP1254是无高压版本，具有频率抖动、峰值功率扩充、频率反走、双OCP、固定故障定时器、内部OPC、通过Vcc或闩锁引脚提供OVP、双Vcc 待机期间断续模式等功能;NCP1255是基于NCP1254的版本，功能包括可调节故障定时器、输入欠压(BO)检测、待机能耗< 30 mW;NCP1249则是NCP1255的高压版本，功能包括有源X2电容放电、待机能耗< 10 mW。

NCP1254/55/49无需使用大型变压器即可实现峰值功率能力，改进了轻载能效和保护能力，其峰值功率扩充是这样实现的：当反馈(FB)电压大于3.2 V时，开关频率线性增加;当反馈电压 FB=4.0 V，开关频率增加为原来频率的2倍，峰值电流设定值保持不变，见图4。这种方式允许不用增大变压器的规格就能输出更大的功率。

这些器件的峰值功率持续时间均由过载定时器决定，峰值功率持续时间可达0.2秒;根据FB电压，过载定时器有2种工作方式;当检测到输出短路时，定时器时间缩小4倍。

以下以NCP1249峰值功率扩充高压启动定频控制器为例，介绍这些器件的一些重要功能。NCP1249是专为需要<10mW空载功耗的应用开发的产品。为了实现输入欠压保护功能，IC内部集成的输入欠压检测电路采用高阻值电阻分压(图5)，可减小功率损耗;对噪声电压和PCB的泄漏电流有更高的抗干扰性。

该器件的X2电容有源放电是通过IC的X2检测引脚和外置的充放电电路协同检测交流输入线掉电，并通过检测X2定时器关断模式实现的，可有效降低IC的功率消耗。图6中蓝色部分的为避免AC掉电误触发，检测电路采用的100 ms延时电路;绿色是X2电容由高压启动电流源放电的部分。

NCP1249 A/B 版本的关断模式单独采用一个REM引脚，用户可以控制REM引脚电压，当V_REM >V_{REM_off}，IC 就进入超低功率消耗的睡眠模式;当V_REM < V_{REM_off}时，NCP1249恢复正常工作。推荐次级采用NCP4355来控制初级NCP1249的FB电压和关闭模式，见图7。

C/D 版本则是REM 引脚与FB 共用一个引脚.。当V_FB/REM < 400 mV，激活关闭模式;反馈和关闭模式的控制只需要1个光耦;在关断模式下，由于光耦偏置电流的消耗，NCP1249C/D的功率消耗大于NCP1249A/B;推荐次级使用NCP4353/4来控制NCP1249C/D的反馈和关闭模式，见图8。

安森美半导体的演示板能效显示，NCP1249平均能效大于 90%，峰值功率扩充表现十分令人满意，在过载区域35 W持续时间为100 ms;短路区域41 W持续时间为<50 ms。

总结

NCP124x及NCP4353/4是用于适配器的配套器件，前者集成了带X电容放电和输入欠压保护功能的高压启动电路，实现频率抖动、无损过功率补偿、轻载时频率反走、跳周期及休眠模式等功能。配合NCP4354使用可为AC-DC电源适配器提供极低的空载待机能耗，轻松满足“能源之星”标准的要求。NCP1254/55/49则是带峰值功率扩充的电流模式PWM控制器，适用于打印机电源、AC-DC适配器以及游戏主机适配器; 而NCP1240是针对用于英特尔Haswell CPU电脑的适配器同样它们都提供超低空载待机能耗。