能源問題如今已落實到廠商生產的具體產品上。“能源之星”的提出為產品流入市場前設置了一道“坎”。最新實現的“能源之星”外部電源規(guī)范對電源適配器的工作能效、空載能耗等提出了更高的要求。而縮短產品開發(fā)周期，并加快上市進程是當今各大廠商“狠抓落實”的目標。如何既滿足“能源之星”又達到自身的目的呢？本文分別基于低于75W應用及高于75W需要PFC的應用，分析了電源控制器實現這些規(guī)范所需要具備的特性，并提供相關的測試數據予以佐證。
　　
　　電源是電子系統(tǒng)中必不可少的組件。除了電視和計算機等產品中所使用的內部電源轉換器，外部電源適配器也廣泛應用于手機、DSL調制解調器、打印機、筆記本電腦及游戲機等領域，以至于一個普通家庭可能就會擁有少則三五個、多則逾十個的電源適配器。這些適配器的應用規(guī)模非常龐大，而且其功率消耗又在一定程度上與用戶的使用習慣密切相關。例如，許多用戶在將電源適配器(或稱充電器)從應用端(如筆記本電腦)撥出后，仍將插頭插在墻式插座上，使其在不使用的情況下仍然消耗電流。
　　
　　因此，電源適配器的工作能效及待機能耗成為美國環(huán)保署(EPA)"能源之星"等規(guī)范瞄準改善的目標。2008年11月開始生效的"能源之星"外部電源(EPS) 2.0版規(guī)范(簡稱EPA 2.0)就在1.1版基礎上提高了要求，如表1所示(Ln為額定輸出功率的自然對數)。例如，額定功率大于49W的外部電源在標準工作模式的能效基準要求從0.84提到0.870，而交流-直流(AC-DC) EPS最大空載待機能耗也大幅降低。 

     
　　
　　表1：美國環(huán)保署"能源之星"外部電源的1.1及2.0版規(guī)范。
　　
　　不同適配器的功率等級相關較大，如手機充電器的功率低至5W，而游戲機適配器功率則可達250W。根據IEC61000-3-2等標準的要求，功率大于75W的電源應用需要增加功率因數校正(PFC)，低于75W則無此要求。因此，我們就以75W為界線，分別著重討論?率低于75W適配器和高于75W適配器滿足EPA 2.0新規(guī)范所需要的特性，以及能夠提供這些所需特性的安森美半導體高性能、高能效控制器示例。
　　
　　功率低于75W的適配器特性及控制器解決方案
　　
　　對于功率低于75W的適配器而言，在工作能效提升方面，首先就需要考慮其損耗來源。事實上，其損耗主要包括兩個方面，分別是開關損耗和門電荷(Qgate)損耗，這兩類損耗分別可以用等式(1)和等式(2)來量化： 

      
　　
　　從這兩個等式中可以看出，要提升能效，可以從開關頻率(FSW)及關閉時的漏極電壓(VDRAIN(turn-off))著手，即要降低開關頻率，特別是在輕載時可以采用頻率反走技術來實現；而通過采用谷底開關(valley switching)技術，也可以降低關閉時的漏極電壓。
　　
　　而在降低空載能耗方面，可以首先分析出空載損耗主要在于啟動電路中的靜態(tài)損耗，即在空載條件下，啟動電阻仍會持續(xù)地從大電容消耗電流，造成功率損耗。而降低啟動電路損耗的途徑有多種，如采用具有極低啟動電流的外部啟動電阻、采用關斷時泄漏電流極低的集成啟動電流源，以及連接啟動電路至半波整流交流輸入等。
　　
　　作為全球領先的高性能、高能效硅解決方案供應商，安森美半導體提供兩種新系列的控制器，提供滿足上述適配器工作能效提升及空載能耗降低要求的特性。其中一系列控制器是NCP1237、NCP1238、NCP1287和NCP1288，另一系列是NCP1379和NCP1380。其中，就NCP12xx系列的這四款新器件而言，它們屬于固定頻率控制器，帶集成啟動電流源，有助于降低空載輸入功率(即空載能耗)；并采用頻率反走技術和跳周期模式，幫助降低輕載時的開關損耗及門電荷損耗，從而提升適配器工作能效。這幾款器件的開關頻率會在25 kHz時鉗位，從而消除可聽噪聲問題。 

      
　　
　　圖1：NCP1237/38/87/88在輕載時采用頻率反走技術降低開關損耗。
　　
　　從所測得的實際案例工作能效來看，NCP1237/38/87/88系列固定頻率控制器與前一代產品NCP1271在額定輸出功率的100%(65W)、75%(49W)、50%(32W)和25%(16W)條件下，在115 Vac及230 Vac電壓時的能效總體更優(yōu)，其中在230 Vac條件時平均能效高達87.7%。在輕載及空載能耗方面，以NCP1237為例，與前一代產品NCP1027相比，在10.7W、1.3W、0.5W輕載及0W空載條件下，在115 Vac及230 Vac電壓時能耗下降了10 mW到710 mW不等，其中這兩種輸入電壓條件下的空載能耗分別僅為71 mW和97 mW。這些能效及能耗測試數值均滿足并超越EPA 2.0規(guī)范要求。

　　除了提供滿足最新能效及能耗要求的特性，NCP1237/38/87/88還具有多種保護特性，如輸入欠壓和主電源過壓保護、可調節(jié)過功率保護、嚴苛故障條件下的閂鎖保護，并提供雙路過流保護選項。這些器件工作電壓可達30 V，采用SOIC-7封裝，并均可根據不同終端應用要求提供A、B版本的選擇，適合于筆記本、LCD顯示器、打印機和游戲機以及DVD和機頂盒(STB)等應用。
　　
　　另一系列的NCP1379/80新器件屬于谷底開關控制器，具有極低啟動電流和頻率反走等特性，同樣滿足降低空載能耗和提升工作能效要求。就其頻率反走特性而言，當反饋電壓(VFB)低于0.8 V(輸出功率POUT下降)或反饋電壓低于1.6 V(輸出功率上升)時，就發(fā)生頻率反走。值得一提的是，NCP1379/80能夠提升所有負載等級時的能效(即不限于輕載能效)，并將待機和空載能耗降至極低水平，如表2所示。 

     
　　
　　表2：NCP1380谷底開關控制器的工作能效及待機能耗(a、工作能效；b、輕載及空載能耗)。
　　
　　綜上所述，可以采用安森美半導體支持輕載時頻率反走的兩系列新控制器，來滿足并超越“能源之星”等適配器的87%最低工作能效要求，而且即便在有啟動電阻的情況下，仍然能夠實現規(guī)范所要求的低于0.3W的空載能耗。