用于低功率應用的高能效AC-DC開關穩(wěn)壓器方案

近年來，世界各國政府為了因應全球氣候變暖，紛紛制定更嚴格的高能效法規(guī)與標準，提升電源能效，降低能耗，以期減輕對環(huán)境的壓力。安森美半導體身為全球領先的半導體供應商，積極推動高能效創(chuàng)新，提供寬廣陣容的高能效電源產(chǎn)品及方案，涵蓋從高集成度功率因數(shù)控制器、AC-DC控制器、DC-DC控制器，到分立MOSFET、整流器、IGBT等，以及智能功率模塊(IPM)和功率集成模塊(PIM)等，用于計算機、消費(電視機、DVD、機頂盒、游戲機等)、白家電、電信、工業(yè)及LED照明等重點應用，符合或超越各種能效規(guī)范。

本文重點圍繞市場上的低功率應用，如消費類電器/白家電輔助電源、待機隔離電源、電表/智能電表電源、輔助電源、調制解調器/路由器AC-DC適配器、低功率LED照明、工業(yè)設備控制等，介紹安森美半導體涵蓋2 W到25 W功率范圍的高能效AC-DC開關穩(wěn)壓器方案。

圖1：市場上常見的低功率AC-DC開關穩(wěn)壓器應用。

安森美半導體提供一系列高能效固定頻率脈寬調制(PWM)電流模式開關穩(wěn)壓器，包括：
NCP1010及NCP1011，用于0至5 W應用；
NCP1012、NCP1013、NCP1014和NCP1015，用于5 W至10 W應用；
NCP1027及NCP1028，用于5 W至15 W應用；
NCP1070、NCP1071、NCP1072、NCP1075、NCP1076及NCP1077，用于3 W至15 W應用；
NCP1124、NCP1126及NCP1129，用于10 W至30 W應用；
NCP1136，用于15 W至20 W應用。

其中，NCP107x、NCP112x及NCP1136是新的開關穩(wěn)壓器產(chǎn)品，也是本文探討重點。這些產(chǎn)品中，NCP107x集成了700 V高壓MOSFET開關，NCP112x集成了強固的650 V高壓MOSFET，而NCP1136集成了800 V高壓MOSFET。

1) NCP107x系列700 V單片集成開關穩(wěn)壓器
NCP107x系列單片開關穩(wěn)壓器采用PDIP-7或SOT-223封裝，與NCP101x系列引腳對引腳兼容。NCP107x系列采用電流模式65/100/130 kHz固定頻率工作，用于3 W至15 W功率的應用，如平板電視輔助電源、白家電、電表等。

這系列器件支持頻率反走及跳周期模式，提升電源輕載能效。這系列器件還具有內置高壓啟動功能，支持動態(tài)自供電(DSS)，提供無損耗的啟動序列。這系列器件的其它特性包括：短路保護、1 ms軟啟動、頻率抖動、Vcc引腳過壓保護等。NCP1070和NCP1071集成了導通阻抗為22 Ω的MOSFET，峰值電流分別250 mA和350 mA。NCP1072和NCP1075的MOSFET導通阻抗為11 Ω，峰值電流分別為250 mA和450 mA。NCP1076和NCP1077的MOSFET導通阻抗為4.3 Ω，峰值電流分別為650 mA和800 mA。

安森美半導體基于NCP107x開發(fā)了一系列參考設計。圖2顯示的是基于NCP1075/2的5至10 W參考設計，針對智能電表、電表及白家電應用。這參考設計提供較高能效，同時提供低空載待機能耗。這參考設計演示板還提供低成本感測電路選擇。

圖2：用于智能電表、電表及白家電等應用的NCP1072/5 5到10 W參考設計。

基于NCP1075的雙路輸出8 W參考設計(見圖3)，提供優(yōu)異的能效水平及互穩(wěn)壓性能，用于白家電及工業(yè)設備等應用。

圖3：用于白家電、工業(yè)設備等應用的NCP1075 8 W雙路輸出參考設計。

基于NCP1070/1的參考設計(見圖4)典型輸出電壓為5 V，輸出電流1 A，提供80%的能效，適合低功率AC-DC適配器及消費電子應用。

圖4：用于低功率AC-DC適配器、消費電子等應用NCP1075 2到5 W參考設計。

基于NCP1076/7的20 W參考設計典型能效達80%，適合白家電及工業(yè)等應用。

圖5：基于NCP1076/7的20 W參考設計。

基于NCP1075的12 W參考設計采用抽頭(tapped)電感來隔離交流信號，提高MOSFET工作的占空比，提高系統(tǒng)能效及電路性能。這參考設計適合白家電、電表及工業(yè)設備等應用。

圖6：基于NCP1075的12 W抽頭電感降壓參考設計。

為了配合采用極高交流主電源電壓供電的低功率應用，安森美半導體還提供基于NCP1075、帶預穩(wěn)壓器的15 W參考設計。這采用設計采用專利的電路應用，支持在2相(而非相位和中性點)之間供電，而沒有相應雙輸入大電容及相應高電源電壓的缺點，幫助降低BOM成本。

圖7：基于NCP1075開關穩(wěn)壓器和200 V預穩(wěn)壓器的極寬電壓范圍15 W參考設計。

2) NCP112x系列650 V單片開關穩(wěn)壓器
NCP112x系列峰值電流模式單片開關穩(wěn)壓器內置650 V額定雪崩能量MOSFET，采用65 kHz或100 kHz開關頻率工作，采用PDIP-7封裝，適合平板電視輔助電源、白家電、電表等應用。

這系列產(chǎn)品中，NCP1124和NCP1126分別集成導通阻抗為9 Ω和6 Ω的MOSFET，能夠提供達15 W輸出功率；NCP1129集成2 Ω MOSFET，能提供達25 W輸出功率。這系列器件在輕載條件下頻率能夠反走至26 kHz及采用跳周期模式工作，幫助提升輕載能效。NCP112x支持正常及頻率反走條件下的頻率抖動，改善電磁干擾(EMI)性能。其它特性包括內置4 ms軟啟動、可調節(jié)限流及低空載待機能耗(100 mW)等。

安森美半導體基于NCP1126開發(fā)了20 W參考設計。這參考設計提供5 V輸出電壓及最大5 A輸出電流，采用外部補償來優(yōu)化輸出負載，待機能耗極低。

圖8：基于NCP1126的20 W參考設計提供極低待機能耗。

基于NCP1129的20 W參考設計提供12 V輸出電壓及連續(xù)1.6 A電流，同樣提供高能效和極低待機能耗，適合白家電、電表、智能電表等應用。

圖9：基于NCP1129的20 W參考設計適合白家電、電表/智能電表等應用。

3) NCP1136 800 V單片開關穩(wěn)壓器
NCP1136單片集成開關穩(wěn)壓器與NCP112x系列引腳對引腳兼容，其特性與NCP112x類似，均采用PDIP-7封裝，集成額定雪崩能量MOSFET，同時具有輕載時頻率反走、跳周期、快速軟啟動、可調節(jié)限流及低空載待機能耗等特性，適合平板電視輔助電源、白家電、消費電子及電表等應用。不同的是，NCP1136集成的是3.7 Ω導通阻抗、800 V MOSFET。基于NCP1136的20 W參考設計在寬負載范圍條件下提供高能效，并提供低待機能耗(圖10)。

總結：
安森美半導體為市場上的低功率應用提供寬廣陣容的AC-DC開關穩(wěn)壓器產(chǎn)品，用于白家電、消費電子、電表/智能電表、工業(yè)控制等多種應用。安森美半導體還基于這些產(chǎn)品開發(fā)了一系列參考設計，不僅在典型負載范圍下提供高能效，還提升輕載能效，降低空載待機能耗。設計人員利用這些產(chǎn)品及參考設計，能夠更快地開發(fā)高能效的低功率電源應用，并在市場上占據(jù)更有利位置。

表1：安森美半導體低功率開關穩(wěn)壓器特性及典型應用小結。


表2：安森美半導體低功率開關穩(wěn)壓器參考設計