极低待机功耗适配器电路设计

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1、极低待机功耗适配器电路设计电源适配器（Poweradapter）是小型便携式电子设备及电子电器的供电电源变换设备，一般由外壳、电源变压器和整流电路组成，按其输出类型可分为交流输出型和直流输出型；按连接方式可分为插墙式和桌面式。广泛配套于电话子母机、游戏机、语言复读机、随身听、笔记本电脑、蜂窝电话等设备中。例如，美国环保署（EPA）2.0版"能源之星"外部电源规范（简称EPA2.0）在1.1版基础上进一步提高了能效要求（见表1），其中Ln为额定输出功率的自然对数。表1:美国环保署"能源之星"外部电源的

2、1.1及2.0版规范。不同适配器的功率等级相差较大，而根据IEC61000-3-2等标准的要求，功率大于75W的电源需要增加功率因数校正（PFC），低于75W则无此要求。本文着重讨论功率低于75W适配器满足EPA2.0新规范所需要的特性，以及能够提供这些所需特性的安森美半导体高性能、高能效控制器。满足能效规范的途径要满足上述规范对外部电源工作能效及待机能耗的要求，我们首先需要分析清楚损耗的来源。事实上，就工作时的损耗来说，主要包括两个方面，分别是开关损耗和由泄漏电感导致的损耗，这两类损耗分别可以用等

3、式（1）和等式（2）来量化：从这两个等式中可以看出，要提升工作能效，有两种途径：一是降低开关频率（FSW），即在轻载时采用频率反走技术；二是降低关闭时的漏极电压，相应地可以采用谷底开关技术。而就待机模式而言，一个重要的损耗来源于启动电路的静态损耗，即启动电阻持续地从大电容消耗电流，造成功率损耗。而降低启动电路损耗的途径有多种，如采用具有极低启动电流的控制器、采用关断时泄漏电流极低的集成启动电流源，以及连接启动电路至半波整流交流输入等。NCP1237/38/87/88控制器的关键特性NCP1237、N

4、CP1238、NCP1287和NCP1288是安森美半导体推出的新一代固定频率脉宽调制（PWM）控制器，用于需要高性价比、可靠性、设计灵活性和低待机能耗的应用。这系列器件包含一系列关键特性，帮助提升适配器的能效及降低待机能耗。例如，一般控制器需要启动电阻来从整流交流线路电压启动控制器，而在正常工作期间，这启动电阻还持续消耗功率。相比较而言，NCP1237/38/87/88系列控制器内置启动场效应管（FET），这FET用作高压电流源。这种高压启动电路在正常工作条件下关闭，消耗的功率极低；同时，控制器无

5、需启动电阻（参见图1），帮助降低待机能耗，减少元件数量及节省电路板空间。图1:带启动电阻与不带启动电阻对比。这系列控制器还采用轻载时频率反走技术和跳周期模式，降低轻载时的开关频率，从而提升能效；同时，开关频率在25kHz时钳位，从而消除可听噪声。此外，这系列器件提供多种保护特性，如双启动电流电平、输入欠压及主电源过压保护、过载保护、双过渡保护阈值、软启动和闩锁保护等。这系列器件还提供可选的动态自供电（DSS）功能，从而无需辅助绕组；并内置斜坡补偿，不需要外部设定。以NCP1238为例，这器件的典型应

6、用电路图如图2所示。图2:NCP1238典型应用电路图应用设计步骤及要点1）电源段设计安森美半导体（ONSemiconductor,美国纳斯达克上市代号：ONNN）推出NCP1237、NCP1238及NCP1288固定频率电流模式控制器集成电路（IC）。这些新控制器针对膝上型/笔记本电脑、液晶显示（LCD）显示器、打印机及家用消费电子的交流-直流（AC-DC）适配器应用，提供不同频率及单或双过流阈值电平的选择。标准器件内置65千赫兹（kHz）振荡器，并可根据要求提供100kHz或133kHz版本。要

7、在设计中应用NCP1237/38/87/88系列控制器，首先要设计电源段。由于功率小于75W,这个功率等级常见采用反激转换器。相应地，需要计算出这反激转换器相关元件参数，选择好恰当的元器件。有关电源段设计中电容、变压器、电感和MOSFET等参数的详细计算过程，参见参考资料（1）或（2）。值得一提的是，在电源的次级端，可以考虑采用同步整流技术来显着提升能效。在这方面，可以采用安森美半导体的NCP4302同步整流控制器。诸如适配器、充电器和机顶盒等空间敏感型反激应用中使用NCP4302这样的同步整流控制

8、器，能够显着提升能效，而额外成本极低。NCP4302已经上市，新的NCP4303同步整流控制器也将于2010年上市。2）设定过载补偿过载补偿会影响初级峰值电流。我们可以根据相关公式计算出初级峰值电流，然后计算出过载补偿电阻值。安森美半导体已经创建过载补偿电子设计表格，方便用户恰当地选择ROPP及其对峰值电流、瞬态电流、输出功率及瞬态功率的影响。3）降低空载输入能耗在降低空载输入能耗方面，除了采用前述内置启动高压电流源的无启动电阻设计和NCP1237/38/87/88这