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安森美半導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)高能效、低待機(jī)能耗及功率因數(shù)校正的電源和適配器方案

2011-10-17
作者:安森美半導(dǎo)體

  為了提高電源能效及節(jié)能,世界各國(guó)包括中國(guó)都制定了針對(duì)電源能效的規(guī)范。半導(dǎo)體是實(shí)現(xiàn)高能效電子產(chǎn)品的重要環(huán)節(jié),可以提供滿足全球市場(chǎng)相關(guān)規(guī)范的解決方案。安森美半導(dǎo)體是其中的代表企業(yè),其所提供的電源和適配器可實(shí)現(xiàn)高工作電源能效、低待機(jī)能耗及功率因數(shù)校正。
  
豐富的電源及電源適配器參考設(shè)計(jì)
  安森美半導(dǎo)體的電源解決方案涵蓋了AC-DC電源及適配器和DC-DC電源,并提供了各種參考設(shè)計(jì)。最典型的是為內(nèi)部和外部電源提供的GreenPoint®參考設(shè)計(jì)。這些開(kāi)放式參考設(shè)計(jì)為高效電源設(shè)計(jì)提供了開(kāi)發(fā)路線圖,借助原理圖、物料單、Gerber文件、設(shè)計(jì)說(shuō)明、測(cè)試結(jié)果等文檔,客戶可快速進(jìn)入市場(chǎng)。該參考設(shè)計(jì)符合所有相關(guān)全球能效標(biāo)準(zhǔn),提供了用一個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)入全球市場(chǎng)的機(jī)遇。
  
  以下一些參考設(shè)計(jì)和實(shí)例電路從多方面體現(xiàn)了安森美半導(dǎo)體電源方案的特色。
  
  1) 用于310 W ATX電源的單芯片CCM PFC+LLC解決方案:采用NCP1910高性能CCM PFC+ LLC組合(Combo)控制器,符合80 PLUS®金級(jí)能效規(guī)范;集成了ON/OFF和電源正常(Power OK)信號(hào)操作,符合ATX12V規(guī)范;易于配置啟動(dòng)和關(guān)閉時(shí)序,以滿足保持時(shí)間和掉電警告要求。


圖1:310 W ATX電源用高性能單芯片CCM PFC+ LLC組合控制器


  2) 240 W一體式PC電源:用于高能效一體式PC電源的12 V、20 A開(kāi)關(guān)電源(SMPS)采用NCP1605控制的頻率鉗位功率因數(shù)校正前端,NCP1397提供半橋諧振LLC控制,NCP4303提供次級(jí)端同步整流。


圖2:240 W一體式PC電源


  3) 300 W超薄液晶電視電源參考設(shè)計(jì):是一款電路板高度僅為8 mm的超薄液晶電視電源設(shè)計(jì),使用NCP1631進(jìn)行交錯(cuò)式頻率鉗位臨界導(dǎo)電功率因數(shù)校正,NCP1053A集成開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器提供低能耗待機(jī)狀態(tài)(關(guān)閉模式下Pin <25 mW);高能效NCP1379準(zhǔn)諧振反激式轉(zhuǎn)換器為信號(hào)處理和音頻放大器供電。


圖3:300 W超薄液晶電視電源參考設(shè)計(jì)


  4) 65 W AC-DC筆記本電腦電源適配器:是一款用于筆記本電腦電源適配器的19V、3.4A反激式設(shè)計(jì);它采用NCP1236固定頻率PWM反激式控制器,具有集成的高電壓?jiǎn)?dòng)、欠壓保護(hù)和過(guò)功率保護(hù)功能;其平均能效> 87%,符合能源之星2.0標(biāo)準(zhǔn),空載輸入功率<100 mW。


圖4:65 W AC-DC筆記本電源適配器效率與輸出功率和輸入線電壓的對(duì)比


  5) 60 W準(zhǔn)諧振電源適配器:19 V準(zhǔn)諧振電源適配器可用于筆記本電腦電源適配器;它采用NCP1380準(zhǔn)諧振反激式控制器,具有谷底鎖定功能,可防止輕載時(shí)的變壓器可聽(tīng)噪聲;平均能效> 87%,符合能源之星2.0標(biāo)準(zhǔn),空載輸入功率<100 mW。


圖5:60 W準(zhǔn)諧振電源適配器


  6) 48 W通用輸入打印機(jī)電源適配器:用于打印機(jī)的24V反激式電源適配器可提供30 W穩(wěn)態(tài)和48 W瞬態(tài)能力,待機(jī)模式能耗7.25 V/70 mA;采用NCP1219電流模式反激式控制器,具有動(dòng)態(tài)自供電功能,是一個(gè)高性價(jià)比的低元件數(shù)量設(shè)計(jì)。


圖6:48 W通用輸入打印機(jī)電源適配器


  7) 40W AC-DC電源適配器:是一款緊湊、高性能的12V、3.3A反激式電源適配器;它采用高度集成小型TSOP-6封裝NCP1250固定頻率反激式控制器,平均能效> 87%,在低輸入電壓條件下的空載輸入功率為33 mW。


圖7:40W AC-DC電源適配器


  8) 22 W離線正激轉(zhuǎn)換器電源:這是一款12 V、最大2 A(22 W連續(xù)功率)離線電源,采用NCP1028單片開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器;簡(jiǎn)單緊湊的設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)低EMI和高能效,可用于白家電、電表、低能耗通信設(shè)備。


圖8:22 W離線正激轉(zhuǎn)換器電源


全面的高能效控制器及分立器件組合
  除了上述電源參考設(shè)計(jì),安森美半導(dǎo)體還提供全方位的電源半導(dǎo)體器件,從高度集成的功率因數(shù)控制器、AC-DC控制器、DC-DC控制器到分立式MOSFET、整流器、二極管和晶體管等。
  
  1) 功率因數(shù)控制器:包括NCP1605、NCP1607、NCP1608、NCP1631、NCP1651、NCP1652、NCP1653和NCP1654等。全面的產(chǎn)品組合支持各種PFC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),包括8引腳連續(xù)導(dǎo)電模式(CCM) PFC控制器、8引腳臨界導(dǎo)通模式(CrM) PFC控制器、集成CrM和固定頻率不連續(xù)導(dǎo)電模式(DCM)的PFC控制器、單段反激式PFC控制器,以及2相交錯(cuò)式PFC控制器等。


表1:安森美半導(dǎo)體各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的高能效PFC控制器概覽


  2) 次級(jí)端控制器:NCP4303可實(shí)現(xiàn)CCM、DCM和QR反激式應(yīng)用的同步整流控制、精確的真正次級(jí)端零電流檢測(cè)(帶可調(diào)節(jié)閾值),還有自動(dòng)寄生電感補(bǔ)償輸入。


圖9:NCP4303典型應(yīng)用范例:DCM或QR反激式轉(zhuǎn)換器


  3) AC-DC控制器和穩(wěn)壓器:豐富的多功能組合支持固定頻率和可變頻率;不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),從傳統(tǒng)反激到采用正激有源鉗位的半橋諧振;廣泛的性價(jià)比選擇,從高性價(jià)比的器件到高度集成的控制器和穩(wěn)壓器;嵌入的創(chuàng)新功能便于符合更嚴(yán)格的能效要求,如頻率反走、軟跳周期(Soft-Skip™)模式;諸多功能可減少電磁干擾(EMI)信號(hào),有助于符合安全標(biāo)準(zhǔn)。


表2:豐富的AC-DC控制器及穩(wěn)壓器產(chǎn)品陣容


  4) DC-DC控制器和穩(wěn)壓器:從0.5 A至10 A范圍的集成開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器,有各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇,包括降壓、升壓、降壓/升壓和反相;寬輸入電壓范圍高達(dá)200V,PWM控制器能夠驅(qū)動(dòng)高達(dá)30 A電流。


表3: DC-DC穩(wěn)壓器產(chǎn)品陣容


表4: DC-DC控制器產(chǎn)品陣容


  5) 線性穩(wěn)壓器:壓降低至40 mV,輸出電流范圍從80mA至3 A,電源抑制比高達(dá)90 dB,超快速瞬態(tài)響應(yīng)不到1 μs,2.5 μA的超低靜態(tài)電流(Iq)和接地電流(Ignd)。


表5:線性穩(wěn)壓器器產(chǎn)品一覽


  6) 各種電源轉(zhuǎn)換MOSFET:這類功率器件可以分為幾類,如低導(dǎo)電損耗、低RDS(on)的ORing MOSFET,其IM總線ORing為30 V,48 V總線ORing為100 V;隔離式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)DC-DC(磚式) MOSFET,提供低導(dǎo)電損耗的低RDS(on),集成了低損耗肖特基二極管,耐熱增強(qiáng)型SO-8 FL適用于需要散熱的應(yīng)用;非隔離式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)降壓DC-DCMOSFET,除具有低傳導(dǎo)損耗的低RDS(on) 特點(diǎn),還集成了提高輕載效率的肖特基二極管,耐熱增強(qiáng)型SO-8 FL封裝適用于需要散熱的應(yīng)用。
  
  7) MOSFET驅(qū)動(dòng)器:這些器件提供兩個(gè)輸出,可驅(qū)動(dòng)高電壓功率MOSFET和IGBT,適合多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(如半橋、非對(duì)稱半橋、有源鉗位、全橋),電壓范圍高達(dá)600 V,dV/dt免疫力為±50 V/ns,與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)引腳對(duì)引腳兼容。
  
  8) 基于溝道的肖特基二極管:這類器件具有低Vf及高工作溫度能力的特點(diǎn),有助于提高能效。
  
  9) 電壓基準(zhǔn):精確的基準(zhǔn)電壓從0.9 V至2.5 V,嚴(yán)格的電壓容限為0.4%至3%,輸出電壓范圍高達(dá)36 V;此外,還具有低動(dòng)態(tài)阻抗、低噪聲和穩(wěn)定運(yùn)行的特點(diǎn),豐富的封裝包括表面貼裝和通孔。
  
全方位電源優(yōu)勢(shì)
  安森美半導(dǎo)體利用其豐富的電源專長(zhǎng)、解決方案和產(chǎn)品,幫助設(shè)計(jì)人員快速提高系統(tǒng)能效。這些產(chǎn)品和解決方案可節(jié)省能耗,提供高性價(jià)比的電源,以滿足不斷變化的全球能效標(biāo)準(zhǔn)。高能效電源方案能幫助客戶完成提高其產(chǎn)品能效的挑戰(zhàn),如低待機(jī)模式能耗、高工作模式能效和功率因數(shù)校正。
  
  安森美半導(dǎo)體在全球擁有廣泛的設(shè)計(jì)和應(yīng)用資源網(wǎng)絡(luò),現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師以客戶為中心的支持,幫助客戶優(yōu)化電源設(shè)計(jì)。
 

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