極低待機(jī)功耗適配器的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

　　1) 電源段設(shè)計(jì)

　　要在設(shè)計(jì)中應(yīng)用NCP1237/38/87/88系列控制器，首先要設(shè)計(jì)電源段。由于功率小于75 W，這個(gè)功率等級常見采用反激轉(zhuǎn)換器。相應(yīng)地，需要計(jì)算出這反激轉(zhuǎn)換器相關(guān)元件參數(shù)，選擇好恰當(dāng)?shù)脑骷?。例如，根?jù)輸出電壓和輸出電流可以計(jì)算出輸出功率，再根據(jù)EPA相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來預(yù)估能效，結(jié)合輸出功率和能效來預(yù)估輸入功率，隨后可以計(jì)算出平均輸入電流，并計(jì)算出大電容值。有關(guān)電源段設(shè)計(jì)中電容、變壓器、電感和MOSFET等參數(shù)的詳細(xì)計(jì)算過程，參見參考資料(1)或(2)。

　　值得一提的是，在電源的次級端，可以考慮采用同步整流技術(shù)來顯著提升能效。在這方面，可以采用安森美半導(dǎo)體的NCP4302同步整流控制器。諸如適配器、充電器和機(jī)頂盒等空間敏感型反激應(yīng)用中使用NCP4302這樣的同步整流控制器，能夠顯著提升能效，而額外成本極低。NCP4302已經(jīng)上市，新的NCP4303同步整流控制器也將于2010年上市。

　　2) 設(shè)定過載補(bǔ)償

　　過載補(bǔ)償(OPP)會影響初級峰值電流。我們可以根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算出初級峰值電流，然后計(jì)算出過載補(bǔ)償電阻值(ROPP)。安森美半導(dǎo)體已經(jīng)創(chuàng)建過載補(bǔ)償電子設(shè)計(jì)表格，方便用戶恰當(dāng)?shù)剡x擇ROPP及其對峰值電流(Ipeak)、瞬態(tài)電流(ITRAN)、輸出功率(Pout)及瞬態(tài)功率(PTRAN)的影響。

　3) 降低空載輸入能耗

　　在降低空載(待機(jī))輸入能耗方面，除了采用前述內(nèi)置啟動(dòng)高壓電流源的無啟動(dòng)電阻設(shè)計(jì)和NCP1237/38/87/88這樣的帶有頻率反走及跳周期模式的控制器，還可以采取其它眾多途徑或訣竅，如降低變壓器泄漏電感、不允許動(dòng)態(tài)自供電工作、減小VCC鉗位電阻值、降低開關(guān)損耗、優(yōu)化鉗位電路、藉反饋電阻分壓器減小渦流、為所有負(fù)載電流設(shè)定穩(wěn)定的工作、降低TL431偏置電路損耗、降低次級整流器及其緩沖器的損耗和不使用輸出電壓顯示LED等。
　4) 磁學(xué)設(shè)計(jì)

　　磁性元件磁通密度應(yīng)該以峰值電流來設(shè)計(jì)，并提供一些裕量(5%)，從而防止飽和。另外，需要結(jié)合具體設(shè)計(jì)要求看是否需要100%的輸出電流，若不是，就減小磁芯尺寸。例如，假定最大輸出電流是3.5 A，但只在瞬態(tài)條件下需要這大電流，其長期的均方根(RMS)值僅1.75 A，負(fù)載系數(shù)僅為0.5(而非1)。設(shè)計(jì)人員減小磁芯尺寸后，就可以減小磁芯及銅損耗。變壓器磁芯尺寸、繞組設(shè)計(jì)及氣隙長度等計(jì)算同樣參見參考資料(1)或(2)。

　5) 改善電磁干擾

　　在適配器設(shè)計(jì)中，交流線路濾波、二極管緩沖器、直流輸出濾波器、驅(qū)動(dòng)器鉗位、鉗位環(huán)路和電源開關(guān)環(huán)路等可能會出現(xiàn)電磁干擾(EMI)，故改善EMI同樣是設(shè)計(jì)工程師面臨的重要任務(wù)。相應(yīng)地可以采取一些設(shè)計(jì)技巧或方法，如所有帶射頻電流的開關(guān)環(huán)路的面積均應(yīng)較小，以兩個(gè)扼流圈來分隔輸入交流濾波器從而減小寄生電容耦合影響，以及關(guān)閉通過變壓器注入射頻電流的電路環(huán)路等。就二極管緩沖器而言，緩沖器電阻應(yīng)當(dāng)接近振鈴電路的特征阻抗，且緩沖器的RC(電阻電容)時(shí)間常數(shù)應(yīng)當(dāng)相對于開關(guān)周期較小，但與電壓上升時(shí)間相比應(yīng)當(dāng)較長。還可從電路板布線方面著手，，進(jìn)一步改善EMI。

　　典型65 W筆記本適配器演示板能效測試結(jié)果

　　安森美半導(dǎo)體基于NCP1237控制器構(gòu)建了一款典型65 W筆記本適配器(輸出電壓為19 V)的演示板，并針對EPS 2.0版規(guī)范優(yōu)化。相關(guān)能效測試結(jié)果見表2。

表2：基于NCP1237的65 W筆記本適配器工作能效及待機(jī)能耗測試結(jié)果。

　　需要指出的是，這能效測試結(jié)果是在長度為1.05米、銅截面積為0.75平方毫米的直流線纜上所測得的，更接近于真實(shí)世界中的能效測試結(jié)果。這演示板在115 Vac時(shí)的平均能效高達(dá)87.32，230 Vac時(shí)平均能效也達(dá)87.21%，均符合EPA 2.0工作模式的能效要求。從表2右側(cè)可以看出，這演示板在極輕載時(shí)也具有很高能效，且在空載(待機(jī))模式下的能耗遠(yuǎn)優(yōu)EPA 2.0不高于0.5 W的規(guī)范要求。

　　總結(jié)

　　“能源之星”2.0版外部電源規(guī)范對筆記本、LCD顯示器、打印機(jī)和機(jī)頂盒等應(yīng)用的工作能效和待機(jī)能耗提出了更高的要求。安森美半導(dǎo)體新的NCP1237/38/87/88系列控制器帶輕載時(shí)頻率反走和跳周期等重要功能，設(shè)計(jì)工程師能夠采用以基于這系列控制器的經(jīng)典反激轉(zhuǎn)換器來滿足“能源之星”能效規(guī)范要求。基于NCP1237的65 W適配器演示板能效測試結(jié)果顯示，平均能效高于87%，并有可能提供低于300 mW的空載(待機(jī))能耗，且在整個(gè)電源設(shè)計(jì)中盡力減少功率浪費(fèi)的條件下，能夠?qū)崿F(xiàn)低于100 mW的空載能耗，滿足并超越“能源之星”的要求。