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用于低功率应用的高能效ACDC开关稳压器方案

发布时间:2020-07-21 18:42:55 阅读: 来源:道钉厂家

近年来,世界各国政府为了因应全球气候变暖,纷纷制定更严格的高能效法规与标准,提升电源能效,降低能耗,以期减轻对环境的压力。安森美半导体身为全球领先的半导体供应商,积极推动高能效创新,提供宽广阵容的高能效电源产品及方案,涵盖从高集成度功率因数控制器、AC-DC控制器、DC-DC控制器,到分立MOSFET、整流器、IGBT等,以及智能功率模块(IPM)和功率集成模块(PIM)等,用于计算机、消费(电视机、DVD、机顶盒、游戏机等)、白家电、电信、工业及LED照明等重点应用,符合或超越各种能效规范。本文重点围绕市场上的低功率应用,如消费类电器/白家电辅助电源、待机隔离电源、电表/智能电表电源、辅助电源、调制解调器/路由器AC-DC适配器、低功率LED照明、工业设备控制等,介绍安森美半导体涵盖2 W到25 W功率范围的高能效AC-DC开关稳压器方案。

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图1:市场上常见的低功率AC-DC开关稳压器应用。

安森美半导体提供一系列高能效固定频率脉宽调制(PWM)电流模式开关稳压器,包括: NCP1010及NCP1011,用于0至5 W应用; NCP1012、NCP1013、NCP1014和NCP1015,用于5 W至10 W应用; NCP1027及NCP1028,用于5 W至15 W应用; NCP1070、NCP1071、NCP1072、NCP1075、NCP1076及NCP1077,用于3 W至15 W应用; NCP1124、NCP1126及NCP1129,用于10 W至30 W应用; NCP1136,用于15 W至20 W应用。其中,NCP107x、NCP112x及NCP1136是新的开关稳压器产品,也是本文探讨重点。这些产品中,NCP107x集成了700 V高压MOSFET开关,NCP112x集成了强固的650 V高压MOSFET,而NCP1136集成了800 V高压MOSFET。1) NCP107x系列700 V单片集成开关稳压器NCP107x系列单片开关稳压器采用PDIP-7或SOT-223封装,与NCP101x系列引脚对引脚兼容。NCP107x系列采用电流模式65/100/130 kHz固定频率工作,用于3 W至15 W功率的应用,如平板电视辅助电源、白家电、电表等。这系列器件支持频率反走及跳周期模式,提升电源轻载能效。这系列器件还具有内置高压启动功能,支持动态自供电(DSS),提供无损耗的启动序列。这系列器件的其它特性包括:短路保护、1 ms软启动、频率抖动、Vcc引脚过压保护等。NCP1070和NCP1071集成了导通阻抗为22 Ω的MOSFET,峰值电流分别250 mA和350 mA。NCP1072和NCP1075的MOSFET导通阻抗为11 Ω,峰值电流分别为250 mA和450 mA。NCP1076和NCP1077的MOSFET导通阻抗为4.3 Ω,峰值电流分别为650 mA和800 mA。安森美半导体基于NCP107x开发了一系列参考设计。图2显示的是基于NCP1075/2的5至10 W参考设计,针对智能电表、电表及白家电应用。这参考设计提供较高能效,同时提供低空载待机能耗。这参考设计演示板还提供低成本感测电路选择。

图2:用于智能电表、电表及白家电等应用的NCP1072/5 5到10 W参考设计。

基于NCP1075的双路输出8 W参考设计(见图3),提供优异的能效水平及互稳压性能,用于白家电及工业设备等应用。

图3:用于白家电、工业设备等应用的NCP1075 8 W双路输出参考设计。

基于NCP1070/1的参考设计(见图4)典型输出电压为5 V,输出电流1 A,提供80%的能效,适合低功率AC-DC适配器及消费电子应用。

图4:用于低功率AC-DC适配器、消费电子等应用NCP1075 2到5 W参考设计。

基于NCP1076/7的20 W参考设计典型能效达80%,适合白家电及工业等应用。

图5:基于NCP1076/7的20 W参考设计。

基于NCP1075的12 W参考设计采用抽头(tapped)电感来隔离交流信号,提高MOSFET工作的占空比,提高系统能效及电路性能。这参考设计适合白家电、电表及工业设备等应用。

图6:基于NCP1075的12 W抽头电感降压参考设计。

为了配合采用极高交流主电源电压供电的低功率应用,安森美半导体还提供基于NCP1075、带预稳压器的15 W参考设计。这采用设计采用专利的电路应用,支持在2相(而非相位和中性点)之间供电,而没有相应双输入大电容及相应高电源电压的缺点,帮助降低BOM成本。

图7:基于NCP1075开关稳压器和200 V预稳压器的极宽电压范围15 W参考设计。

2) NCP112x系列650 V单片开关稳压器NCP112x系列峰值电流模式单片开关稳压器内置650 V额定雪崩能量MOSFET,采用65 kHz或100 kHz开关频率工作,采用PDIP-7封装,适合平板电视辅助电源、白家电、电表等应用。这系列产品中,NCP1124和NCP1126分别集成导通阻抗为9 Ω和6 Ω的MOSFET,能够提供达15 W输出功率;NCP1129集成2 Ω MOSFET,能提供达25 W输出功率。这系列器件在轻载条件下频率能够反走至26 kHz及采用跳周期模式工作,帮助提升轻载能效。NCP112x支持正常及频率反走条件下的频率抖动,改善电磁干扰(EMI)性能。其它特性包括内置4 ms软启动、可调节限流及低空载待机能耗(100 mW)等。 安森美半导体基于NCP1126开发了20 W参考设计。这参考设计提供5 V输出电压及最大5 A输出电流,采用外部补偿来优化输出负载,待机能耗极低。

图8:基于NCP1126的20 W参考设计提供极低待机能耗。

基于NCP1129的20 W参考设计提供12 V输出电压及连续1.6 A电流,同样提供高能效和极低待机能耗,适合白家电、电表、智能电表等应用。

图9:基于NCP1129的20 W参考设计适合白家电、电表/智能电表等应用。

3) NCP1136 800 V单片开关稳压器NCP1136单片集成开关稳压器与NCP112x系列引脚对引脚兼容,其特性与NCP112x类似,均采用PDIP-7封装,集成额定雪崩能量MOSFET,同时具有轻载时频率反走、跳周期、快速软启动、可调节限流及低空载待机能耗等特性,适合平板电视辅助电源、白家电、消费电子及电表等应用。不同的是,NCP1136集成的是3.7 Ω导通阻抗、800 V MOSFET。基于NCP1136的20 W参考设计在宽负载范围条件下提供高能效,并提供低待机能耗(图10)。总结:安森美半导体为市场上的低功率应用提供宽广阵容的AC-DC开关稳压器产品,用于白家电、消费电子、电表/智能电表、工业控制等多种应用。安森美半导体还基于这些产品开发了一系列参考设计,不仅在典型负载范围下提供高能效,还提升轻载能效,降低空载待机能耗。设计人员利用这些产品及参考设计,能够更快地开发高能效的低功率电源应用,并在市场上占据更有利位置。表1:安森美半导体低功率开关稳压器特性及典型应用小结。表2:安森美半导体低功率开关稳压器参考设计

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