安森美半導(dǎo)體用于白家電各功能模塊的高能效方案

隨著人們對(duì)能源使用、環(huán)境保護(hù)的觀念越來越強(qiáng)，對(duì)人性化、個(gè)性化產(chǎn)品的需求越來越多，節(jié)能、環(huán)保、智能逐步成為了消費(fèi)者對(duì)白家電產(chǎn)品新的訴求。如何為白家電提供更有效的電源管理、更精準(zhǔn)的電機(jī)控制及更便捷的人機(jī)交互，成為了白家電廠商新的努力目標(biāo)。

作為全球領(lǐng)先的高性能硅方案供應(yīng)商，安森美半導(dǎo)體致力于為白家電領(lǐng)域提供全系統(tǒng)完備的技術(shù)和解決方案，所提供產(chǎn)品涉及電源和信號(hào)管理、邏輯、分立及定制器件，幫助白家電客戶克服在電源管理、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、系統(tǒng)控制、用戶接口、通信互連等各個(gè)功能模塊中所面臨的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

圖1. 白家電功能模塊簡(jiǎn)化框圖

電源管理功能模塊

安森美半導(dǎo)體積極參與全球各種標(biāo)準(zhǔn)組織及工作組在電源能效方面各種規(guī)范及激勵(lì)項(xiàng)目的制定及更新(如 ENERGY及80 PLUS )，推出符合世界各地所有相關(guān)規(guī)范的方案及產(chǎn)品。安森美半導(dǎo)體提供寬廣陣容的電源管理方案，幫助客戶應(yīng)對(duì)在低待機(jī)能耗、高工作能效以及功率因數(shù)校正等電源管理關(guān)鍵領(lǐng)域所面臨的挑戰(zhàn)。其GreenPoint參考設(shè)計(jì)指明了設(shè)計(jì)高能效電源的方向，參考設(shè)計(jì)中包含的原理圖、物料單(BOM)、PCB Gerber文件、設(shè)計(jì)重點(diǎn)及測(cè)試報(bào)告，可有效幫助工程師縮短設(shè)計(jì)周期，加快產(chǎn)品上市。

安森美半導(dǎo)體用于白家電電源管理功能模塊的方案涵蓋AC-DC轉(zhuǎn)換、DC-DC轉(zhuǎn)換、功率因數(shù)校正(PFC)及電源逆變等產(chǎn)品。安森美半導(dǎo)體的多款高效能AC-DC離線穩(wěn)壓器內(nèi)部集成高壓功率MOSFET，簡(jiǎn)化了小功率開關(guān)電源的設(shè)計(jì)。NCP107x(0/1/2/5/6/7)系列采用PDIP-7或SOT-223封裝，內(nèi)部集成了700 V高壓MOSFET，采用電流模式65/100/130kHz固定頻率工作，用于3W至15W功率的應(yīng)用。該系列支持頻率反走及跳周期模式，能有效提升電源輕載能效。另外該系列還具有內(nèi)置高壓?jiǎn)?dòng)功能，支持動(dòng)態(tài)自供電(DSS)，提供無損耗啟動(dòng)序列。

圖2為基于安森美半導(dǎo)體NCP1075設(shè)計(jì)的8W雙路輸出市電供電反激電源，固定工作頻率100kHz;兩路輸出都包含肖特基二極管，用于提升能效;根據(jù)所要求的穩(wěn)壓精度提供雙感測(cè)選擇;變壓器次級(jí)繞組提供了良好的負(fù)載穩(wěn)壓及互穩(wěn)壓。

圖2. 基于安森美半導(dǎo)體NCP1075設(shè)計(jì)的8W雙路輸出市電供電反激電源

NCP112x(2/4/9)系列采用PDIP-7封裝，內(nèi)置650 V額定雪崩能量MOSFET，采用峰值電流模式65/100kHz開關(guān)頻率工作。NCP112x支持正常及頻率反走條件下的頻率抖動(dòng)，改善電磁干擾(EMI)性能，其內(nèi)置4 ms軟啟動(dòng)、可調(diào)節(jié)限流并有效降低空載待機(jī)能耗。

圖3為基于安森美半導(dǎo)體NCP1129設(shè)計(jì)的25 W高壓市電供電電源，它提供12 V恒壓輸出，采用峰值電流模式控制，帶可調(diào)節(jié)斜坡補(bǔ)償，確保在連續(xù)導(dǎo)電模式(CCM)的穩(wěn)定性;優(yōu)化短路保護(hù)及實(shí)際過載檢測(cè);輕載條件下頻率反走至26kHz。

圖3. 基于安森美半導(dǎo)體NCP1129設(shè)計(jì)的25W高壓市電供電電源[!--empirenews.page--]

同時(shí)安森美半導(dǎo)體還為客戶提供高集成度功率因數(shù)控制器、DC-DC控制器、分立MOSFET、功率整流器、二極管及晶體管等完整系列的電源半導(dǎo)體產(chǎn)品。

電機(jī)驅(qū)動(dòng)功能

安森美半導(dǎo)體為白家電變頻驅(qū)動(dòng)提供分立及模塊式設(shè)計(jì)：

分立設(shè)計(jì)器件：安森美半導(dǎo)體用于MOSFET/IGBT門極驅(qū)動(dòng)器NCP5104、NCP5106、NCP5111、NCP5181能工作在高達(dá)600V的輸入電壓，具有每納秒50V的dv/dt抗擾度，并兼容于3.3V和5V輸入邏輯，這些器件使用啟動(dòng)電路(bootstrap)技術(shù)來確保驅(qū)動(dòng)高邊功率開關(guān)，并提供強(qiáng)固的設(shè)計(jì)。

安森美半導(dǎo)體用于功率因數(shù)控制器的IGBT產(chǎn)品有 NGTB05N60、NGTB10N60、NGTB15N60、NGTB20N60L2、NGTB30N60，帶續(xù)流二極管;用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)被動(dòng)功率因數(shù)校正的IGBT產(chǎn)品有NGTG12N60、NGTG15N60S1、NGTG20N60L2、NGTG30N60F、NGTG50N60F，不帶續(xù)流二極管。

圖4. 用于功率因數(shù)控制器的IGBT

圖5. 用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率因數(shù)校正的IGBT

安森美半導(dǎo)體用于電機(jī)控制的MOSFET產(chǎn)品具有低導(dǎo)通阻抗、低電容、低門極電荷等特性，能將器件導(dǎo)通損耗、開關(guān)損耗以及驅(qū)動(dòng)器損耗降至最低，提供高抗雪崩能力及大電流通過能力。

模塊式設(shè)計(jì)：安森美半導(dǎo)體采用IMST(絕緣金屬基板技術(shù))技術(shù)使分立無源器件(電阻、電容)、分立有源器件(二極管、晶體管)及集成電路(門驅(qū)動(dòng)器、DSP、邏輯)等封裝到同一智能功率模塊(IPM)中。

圖6. 安森美半導(dǎo)體專有的絕緣金屬基板技術(shù)(Insulated Metal Substrate Technology，IMST)示意圖

智能功率模塊(IPM)內(nèi)含門極驅(qū)動(dòng)、欠壓保護(hù)(UVLO)、過溫檢測(cè)及電流檢測(cè)等功能，通過內(nèi)部?jī)?yōu)化布線來改善EMI及散熱性能，可集成PFC。

安森美半導(dǎo)體用于白家電電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器提供高精度微步進(jìn)，提供平順、安靜的運(yùn)行。AMIS-30622集成無傳感器停轉(zhuǎn)檢測(cè)，能動(dòng)態(tài)控制速度、轉(zhuǎn)矩及位置，維持連續(xù)運(yùn)行;LB1948MC及LV8548MC能提供雙極及BiDCMOS選擇，支持單通道步進(jìn)電機(jī)/雙通道直流電機(jī)，勵(lì)磁模式支持滿步、半步，具有低飽和電壓、低導(dǎo)通阻抗等特性;LV8712T采用單通道PWM恒流控制，勵(lì)磁模式包括滿步、半步、1/4步、1/8步，集成過熱關(guān)閉、低壓檢測(cè)以及有源反激等保護(hù)。

安森美半導(dǎo)體提供應(yīng)用于無刷直流電機(jī)(BLDC)驅(qū)動(dòng)的單相及三相電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，LB11685AV采用無傳感器設(shè)計(jì)，脈沖幅度調(diào)制(PAM)控制，軟啟動(dòng)有利于提升啟動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性，軟開關(guān)則有助于提供靜音驅(qū)動(dòng)，內(nèi)置限流器、過熱關(guān)閉及抖動(dòng)鎖定(beat lock)保護(hù);LV8136V是一款三相BLDC電機(jī)用PWM系統(tǒng)預(yù)驅(qū)動(dòng)IC，提供高能效、150°PWM靜音驅(qū)動(dòng)。

用戶接口功能模塊

1) 電容式觸摸傳感器方案

安森美半導(dǎo)體LC717A00/10電容-數(shù)字轉(zhuǎn)換器大規(guī)模集成電路(LSI)提供8/16通道電容-傳感器輸入，適合各種開關(guān)應(yīng)用。采用差分電容檢測(cè)，能夠檢測(cè)到毫法拉級(jí)的電容變化，LSI內(nèi)部具有自動(dòng)執(zhí)行校準(zhǔn)功能及導(dǎo)通/關(guān)閉判定，每路輸入的(導(dǎo)通/關(guān)閉)檢測(cè)結(jié)果可由串行接口(I2C兼容總線或SPI)讀取。此外，每路輸入的測(cè)量值可以讀取為8位數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，增益及其他參數(shù)也可以通過串行接口進(jìn)行調(diào)節(jié)。[!--empirenews.page--]

安森美半導(dǎo)體提供的電容式觸摸傳感器具有無需粘合劑、長(zhǎng)傳感器走線、寬工作溫度范圍、無額外元件、高抗噪聲等優(yōu)點(diǎn)，為客戶提供靈活、低成本、高可靠性設(shè)計(jì)。

圖7. 安森美半導(dǎo)體電容式觸摸傳感器具有高度靈敏度，支持戴手套觸摸，支持含氣隙應(yīng)用

2) 環(huán)境光及距離傳感器

安森美半導(dǎo)體的環(huán)境光傳感器具有設(shè)計(jì)靈活性，可以根據(jù)需要在EEPROM中調(diào)整，定制過濾0.0125勒克斯檢測(cè)(即明視光響應(yīng))，另外具有暗電流和溫度補(bǔ)償、最低每單位分辨率能耗，高速模式的I2C接口，在斷電時(shí)也不會(huì)影響總線工作。安森美半導(dǎo)體環(huán)境光傳感器包含數(shù)字輸出(如NOA1305)和模擬輸出(如NOA1212)。同樣可以采用的還有距離傳感器NOA2301、NOA2302及NOA3301。

3) LCD驅(qū)動(dòng)器

安森美半導(dǎo)體提供用于白家電的LCD段驅(qū)動(dòng)器，涵蓋從靜態(tài)到1/10占空比及點(diǎn)陣式驅(qū)動(dòng)器。LC79401KNE是支持圖形點(diǎn)陣液晶顯示的80輸出段(segment)驅(qū)動(dòng)器LSI，支持4位并行輸入，當(dāng)與組(common)驅(qū)動(dòng)器LC79430KNE配合使用時(shí)，可以驅(qū)動(dòng)大屏幕液晶面板。

4) 通訊互連

白家電之間的互連及通訊可通過無線(Zigbee或WiFi)或現(xiàn)有的電力線基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)現(xiàn)。家庭的每個(gè)角落都有電源插座，這使得電力線成為了一個(gè)覆蓋極為廣泛的網(wǎng)絡(luò)。安森美半導(dǎo)體利用其先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)，推出的電力線載波(PLC)調(diào)制解調(diào)器及電力線驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品可以幫助客戶輕松構(gòu)建聯(lián)網(wǎng)型智能控制系統(tǒng)。

安森美半導(dǎo)體提供一系列領(lǐng)先擴(kuò)頻型頻移鍵控(S-FSK) PLC調(diào)制解調(diào)器，NCN49599、NCN49597基于ARM Cortex M0內(nèi)核MCU，同時(shí)支持AC及DC工作，每通道最大波特率達(dá)4.8k，支持Cenelec A、B、C及D波段，NCN49599內(nèi)部集成了功率放大器。AMIS49587，AMIS30585基于ARM7內(nèi)核MCU，僅支持AC工作，每通道最大波特率分別為2.4k和1.2k。這些窄帶PLC調(diào)制解調(diào)器嵌入了PHY+MAC，符合嚴(yán)格的國際標(biāo)準(zhǔn)(FCC、CENELEC、IEC61334-5-1)，可在低壓和中壓網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行。

安森美半導(dǎo)體的PLC驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品NCS5650是一款高效能、低失真的AB類驅(qū)動(dòng)器。NCS5650在關(guān)閉模式僅消耗150uA電流，在輸出電流為1.5A時(shí)，輸出電壓確保在任意輸入端以1.0V或更低的擺幅擺動(dòng)，確保在嚴(yán)格的環(huán)境中提供最優(yōu)的信噪比。

5) 保護(hù)

接地故障斷路器(GFCI)是針對(duì)北美地區(qū)法規(guī)要求的一種特殊保護(hù)設(shè)備，用于防止觸電事故風(fēng)險(xiǎn)， GFCI遵從UL943標(biāo)準(zhǔn)。安森美半導(dǎo)體的NCS37000 GFCI信號(hào)處理器，用于火線-中性-地線保護(hù)。只需極少的元器件以及一個(gè)低匝數(shù)比鐵氧體電流互感器，大幅減少了物料成本，專用DSP控制器提供最佳的有害負(fù)載抑制性能，自同步內(nèi)部振蕩器根據(jù)交流輸電線頻率調(diào)節(jié)，在50Hz及60Hz配電系統(tǒng)上都能達(dá)到全精度范圍。

圖8. 安森美半導(dǎo)體NCS37000 GFCI信號(hào)處理器應(yīng)用示圖

系統(tǒng)控制功能模塊

安森美半導(dǎo)體提供多種用于白家電控制的MCU產(chǎn)品，主要用于系統(tǒng)控制、LCD顯示屏控制以及小型電器系統(tǒng)的控制。日益增加的需求讓MCU產(chǎn)品集成度越來越高， 功耗要求也越來越嚴(yán)苛。以LC87F7932B為例，僅在RTC工作模式下提供0.45 μA的平均能耗，而在控制LCD顯示屏、RTC工作及間歇工作以檢測(cè)傳感器的12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的情況下，總平均能耗僅為1.5 μA。[!--empirenews.page--]

基于ARM Cortex內(nèi)核的32位MCU在白家電領(lǐng)域增長(zhǎng)也非常迅速，未來8位/16位將主導(dǎo)簡(jiǎn)單應(yīng)用，32位將主導(dǎo)復(fù)雜應(yīng)用。

圖9. 基于ARM Cortex-M3 32位MCU的空調(diào)室外機(jī)案例

安森美半導(dǎo)體提供的PLL時(shí)鐘合成器/產(chǎn)生器基于鎖相環(huán)技術(shù)，具有零PPM合成誤差，能提供低抖動(dòng)的高精度時(shí)鐘信號(hào)，支持-40℃至+85℃的工業(yè)溫度范圍，支持LVPECL、LVDS、HCSL、LVTTL/LVCMOS多種輸出接口。

安森美半導(dǎo)體提供容量從1kb至2Mb的EEPROM產(chǎn)品，能夠滿足1.8/1.7V至5.5V的寬Vcc工作電壓范圍，支持工業(yè)級(jí)和擴(kuò)展溫度范圍。

總結(jié)：

采用安森美半導(dǎo)體完備成熟的系統(tǒng)解決方案，將幫助白家電廠商更好地滿足終端消費(fèi)者需求，為市場(chǎng)提供安全可靠的白家電產(chǎn)品。安森美半導(dǎo)體擁有的龐大全球設(shè)計(jì)及應(yīng)用資源網(wǎng)絡(luò)，也將為客戶提供專業(yè)化的技術(shù)支持，為產(chǎn)品快速推向市場(chǎng)提供助力。