基于NCP1246和NCP4354低待机能耗电源适配器方案

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交流-直流(AC-DC)电源适配器的应用非常广泛，如用于笔记本电脑、液晶显示器及打印机等。这些电源适配器长时间处于空载待机模式，而且使用量巨大，由此带来巨大的电能损耗。美国“能源之星”标准对这类外部电源(EPS)的空载能耗有明确要求，即功率50 W以下的AC-DC EPS空载能耗不超过0.3 W；功率介于50 W至250 W的AC-DC EPS空载能耗则要不超过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。而最新适配要求是空载能耗低于30 mW，这就要求降低输出电压(Vout)，以减少空载寄生能耗；还要允许关闭初级端控制器，以进一步降低能耗。这样一来，在空载期间，适配器输出电压可自动降低，输出电压可在19 V-2.5 V之间跳变，以降低稳压能耗。
       
        安森美半导体推出的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轻松满足“能源之星”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。
       
        两个器件组成的低待机能耗方案
          NCP1246是一个满足上述要求的初级端控制器。NCP4354是一款次级端控制器，具有检测空载条件，且可由光耦关闭NCP1246。它可替代TL431，电流消耗小于100 μA。NCP4354可以对空载进行检测，器件中增加的空载检测电路对“输出电压” (Vout) 与“空载信息”(No load info)进行比较。在高开关频率或高频待机跳周期模式下两者均等于负载；而在空载及极低频跳周期模式下两者不同；在小电容及恒定负载条件下，输出电压保持恒定，而““空载信息”走低。这样，无需进行功率检测，对能效及安全无影响，而且外部元件数量很少，易于调节。
       
        图1是进入关闭模式的过程。当输出电流从满载慢慢降低时，初级控制器会从正常工作转换成跳周期工作，输出电压和空载信息基本上比较接近；当输入极低跳周期或关闭模式时，输出空载电压将低于输出电压，从而检测到极低负载或空载，激活关闭模式。

       

       
        图1：进入关闭模式的过程

         
        当输出电压大于“空载信息”时，导通/关闭(ON/OFF)光耦关闭初级端控制器；在初级端控制器重启前，输出电压允许降低至2.5 V。这样就可以实现频率低至0.01333 Hz (75 s跳周期时间) 的极低频率跳周期模式。
       
        NCP1246的特性及应用
        NCP1246是一款固定频率、电流模式控制器，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。该器件可动态自供电，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，NCP1246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。NCP1246的市场及应用包括：AC适配器 (笔记本电脑、液晶显示器和打印机)、开架式PSU (DVD、STB)、离线电池充电器、消费类电子产品电源等。
       
        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。NCP1246 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。

       

           

       
         
        图2：NCP1246交流线路拨出检测器

         
        器件的关闭模式是由从次级端到NCP1246反馈引脚的信号来触发的。NCP435x使用相同的光耦提供此信号，用于反馈网络；空载期间，NCP435x驱动光耦，下拉反馈(FB)引脚，关闭NCP1246。NCP1246的关闭模式有两个与众不同之处，一个是采用低能耗关闭模式，另一个是以光耦触发的关闭模式。
       
        NCP4354的特性及应用
          NCP4354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，带有LED驱动器 (图3)。其价值在于，可检测空载条件并使主控制器进入超低频率跳周期模式，以降低待机功耗；只有一个反馈和关闭(OFF)控制所需的光耦；提高了空载效率(小于15 mW)；元件更少。此外，它还具有CCCV反馈和LED驱动器、供电电压高达36 V、在关机模式可调整最低Vout、1.25 V参考精度为1％，以及Icc大于100 μA等特性。NCP4354与NCP1246一起使用，可调节Vmin，市场及应用范围包括笔记本电脑适配器及其他外部电源适配器。NCP435x系列还有一款不带LED驱动器的产品NCP4353，可以与NCP1246一起使用来调节Vmin(仅B版本)。
           

       

       
         
        图3：NCP4354典型电路图

         
        NCP4353A及NCP4354A具有嵌入式恒压恒流(CVCC)，通过增添的OTA增加电流控制(CC)功能，直接提供稳压动作和CC；以直接输出电流检测来增强安全性；低压参考(VREFC = 0.0625V，±5%)可降低检测电阻(Rsense)的压降及能耗。
       
        为了帮助客户尽快实现低待机能耗解决方案，安森美半导体提供了NCP1246 + NCP4354 65W适配器演示板(图4)。图5是演示板的电路图。从图6可以看出其能效相当高。

       

       
         
        图4：65 W适配器演示板

           

       

       
       
         
        图5：65 W适配器演示板电路图

           

       

         
        图6：65 W演示板能效

         
       
        结论
        NCP1246及NCP4354是用于适配器的同伴器件，NCP1246集成带X电容放电和输入欠压保护功能的高压启动电路，可以实现频率抖动、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。NCP4354为次级端CCCV控制芯片，集成了空载检测及电压控制，内含1.25 V基准及LED驱动。一起使用两款器件可为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。

李小路

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