空載能耗小于16mW的超低待機(jī)能耗解決方案

1 引言

交流-直流(AC-DC)電源適配器的應(yīng)用非常廣泛，如用于筆記本電腦、液晶顯示器及打印機(jī)等。這些電源適配器長時(shí)間處于空載待機(jī)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(biāo)準(zhǔn)對(duì)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(chǎng)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(guān)閉初級(jí)端控制器，以進(jìn)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(dòng)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。

2 兩個(gè)器件組成的低待機(jī)能耗方案

NCP1246是一個(gè)滿足上述要求的初級(jí)端控制器。NCP4354是一款次級(jí)端控制器，具有檢測(cè)空載條件，且可由光耦關(guān)閉NCP1246.它可替代TL431,電流消耗小于100 μA.NCP4354可以對(duì)空載進(jìn)行檢測(cè)，器件中增加的空載檢測(cè)電路對(duì)“輸出電壓” (Vout) 與“空載信息”(No load info)進(jìn)行比較。在高開關(guān)頻率或高頻待機(jī)跳周期模式下兩者均等于負(fù)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(fù)載條件下，輸出電壓保持恒定，而“”空載信息“走低。這樣，無需進(jìn)行功率檢測(cè)，對(duì)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(jìn)入關(guān)閉模式的過程。當(dāng)輸出電流從滿載慢慢降低時(shí)，初級(jí)控制器會(huì)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(dāng)輸入極低跳周期或關(guān)閉模式時(shí)，輸出空載電壓將低于輸出電壓，從而檢測(cè)到極低負(fù)載或空載，激活關(guān)閉模式。

圖1:進(jìn)入關(guān)閉模式的過程

當(dāng)輸出電壓大于”空載信息“時(shí)，導(dǎo)通/關(guān)閉(ON/OFF)光耦關(guān)閉初級(jí)端控制器;在初級(jí)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(shí)現(xiàn)頻率低至0.01333 Hz (75 s跳周期時(shí)間) 的極低頻率跳周期模式。

3 NCP1246的特性及應(yīng)用

NCP1246是一款固定頻率、電流模式控制器，是為空載和輕負(fù)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(dòng)態(tài)自供電，內(nèi)置了有源X2電容放電;可以進(jìn)入省電休眠狀態(tài)，提供輸出電壓打嗝模式;在輕負(fù)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(gè)線路/負(fù)載范圍內(nèi)的高效率。

此外，在嚴(yán)重故障情況下，NCP1246可閉鎖輸入，允許直接連接NTC;基于定時(shí)器的保護(hù)可自動(dòng)恢復(fù)或鎖定;具有高壓啟動(dòng)電路;在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)軟化EMI干擾的頻率抖動(dòng);實(shí)現(xiàn)高達(dá)30 V的Vcc 操作。NCP1246的市場(chǎng)及應(yīng)用包括：AC適配器 (筆記本電腦、液晶顯示器和打印機(jī))、開架式PSU (DVD、STB)、離線電池充電器、消費(fèi)類電子產(chǎn)品電源等。

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

圖2:NCP1246交流線路撥出檢測(cè)器

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

4 NCP4354的特性及應(yīng)用

NCP4354是專為與NCP1246配合使用而設(shè)計(jì)的一款低待機(jī)能耗次級(jí)端恒流恒壓 (CCCV) 控制器，帶有LED驅(qū)動(dòng)器 (圖3)。其價(jià)值在于，可檢測(cè)空載條件并使主控制器進(jìn)入超低頻率跳周期模式，以降低待機(jī)功耗;只有一個(gè)反饋和關(guān)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(dòng)器、供電電壓高達(dá)36 V、在關(guān)機(jī)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(chǎng)及應(yīng)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(dòng)器的產(chǎn)品NCP4353,可以與NCP1246一起使用來調(diào)節(jié)Vmin(僅B版本)。[!--empirenews.page--]

圖3:NCP4354典型電路圖

NCP4353A及NCP4354A具有嵌入式恒壓恒流(CVCC)，通過增添的OTA增加電流控制(CC)功能，直接提供穩(wěn)壓動(dòng)作和CC;以直接輸出電流檢測(cè)來增強(qiáng)安全性;低壓參考(VREFC = 0.0625V,±5%)可降低檢測(cè)電阻(Rsense)的壓降及能耗。

為了幫助客戶盡快實(shí)現(xiàn)低待機(jī)能耗解決方案，安森美半導(dǎo)體提供了NCP1246 + NCP4354 65W適配器演示板(圖4)。圖5是演示板的電路圖。從圖6可以看出其能效相當(dāng)高。

圖4:65 W適配器演示板

圖5:65 W適配器演示板電路圖

圖6:65 W演示板能效

5 結(jié)束

NCP1246及NCP4354是用于適配器的同伴器件，NCP1246集成帶X電容放電和輸入欠壓保護(hù)功能的高壓啟動(dòng)電路，可以實(shí)現(xiàn)頻率抖動(dòng)、無損過功率補(bǔ)償、輕載時(shí)頻率反走、跳周期及休眠模式等功能。NCP4354為次級(jí)端CCCV控制芯片，集成了空載檢測(cè)及電壓控制，內(nèi)含1.25 V基準(zhǔn)及LED驅(qū)動(dòng)。一起使用兩款器件可為AC-DC電源適配器提供極低的空載待機(jī)能耗，輕松滿足”能源之星“標(biāo)準(zhǔn)的要求。