安森美半導體以NCP1246和NCP4354為基礎的低待機能耗電源適配器方案

安森美半導體以NCP1246和NCP4354為基礎的低待機能耗電源適配器方案
交流-直流(AC-DC)電源適配器的應用非常廣泛，如用於筆記型電腦、液晶顯示器及印表機等。這些電源適配器長時間處於空載待機模式，而且使用量巨大，由此帶來巨大的電能損耗。美國「能源之星」標準對這類外部電源(EPS)的空載能耗有明確要求，即功率50 W以下的AC-DC EPS空載能耗不超過0.3 W；功率介於50 W至250 W的AC-DC EPS空載能耗則要不超過0.5 W。目前，市場上較佳性能的AC-DC適配器最佳空載能耗性能是30 mW左右。而最新適配要求是空載能耗低於30 mW，這就要求降低輸出電壓(Vout)，以減少空載寄生能耗；還要允許關閉初級端控制器，以進一步降低能耗。這樣一來，在空載期間，適配器輸出電壓可自動降低，輸出電壓可在19 V-2.5 V之間跳變，以降低穩壓能耗。
安森美半導體推出的NCP1246初級端控制器的空載能耗小於16 mW，利用NCP1246 + NCP4354實現的低待機能耗解決方案可輕鬆滿足「能源之星」要求，適用於功率65 W的電源適配器，並能實現20 mW以下的極低待機能耗。
兩個元件組成的低待機能耗方案
NCP1246是一個滿足上述要求的初級端控制器。NCP4354是一款次級端控制器，具有檢測空載條件，且可由光耦關閉NCP1246。它可替代TL431，電流消耗小於100 μA。NCP4354可以對空載進行檢測，元件中增加的空載檢測電路對輸出電壓(Vout) 與空載資訊(No load info)進行比較。在高開關頻率或高頻待機跳週期模式下兩者均等於負載；而在空載及極低頻跳週期模式下兩者不同；在小電容及恆定負載條件下，輸出電壓保持恆定，而空載資訊走低。這樣，無需進行功率檢測，對能效及安全無影響，而且外部元件數量很少，易於調節。
圖1是進入關閉模式的過程。當輸出電流從滿載慢慢降低時，初級控制器會從正常工作轉換成跳週期工作，輸出電壓和空載資訊基本上比較接近；當輸入極低跳週期或關閉模式時，輸出空載電壓將低於輸出電壓，從而檢測到極低負載或空載，啟動關閉模式。

圖1：進入關閉模式的過程
當輸出電壓大於空載資訊時，導通/關閉(ON/OFF)光耦關閉初級端控制器；在初級端控制器重啟前，輸出電壓允許降低至2.5 V。這樣就可以實現頻率低至0.01333 Hz (75 s跳週期時間) 的極低頻率跳週期模式。
NCP1246的功能及應用
NCP1246是一款固定頻率、電流模式控制器，是為空載和輕負載條件下最大限度地降低能耗而專門最佳化的。此元件可動態自供電，內置了有源X2電容放電；可以進入省電休眠狀態，提供輸出電壓打嗝模式；在輕負載條件下降低頻率，並採用跳週期模式；省去了放電電阻，從而節省了電力及元件；在空載條件下顯著降低了功耗，保持整個線路/負載範圍內的高效率。
此外，在嚴重故障情況下，NCP1246可閉鎖輸入，允許直接連接NTC；基於定時器的保護可自動恢復或鎖定；具有高壓啟動電路；在整個負載範圍內軟化EMI干擾的頻率抖動；實現高達30 V的Vcc 操作。NCP1246的市場及應用包括：AC適配器 (筆記型電腦、液晶顯示器和印表機)、開架式PSU (DVD、STB)、離線電池充電器、消費類電子產品電源等。
為了符合安規標準，AC-DC電源必須具備在撥出交流插頭後不到1秒時間內將電磁干擾(EMI)濾波器X2輸入電容放電的能力。為了符合此要求，常使用與電容並聯的一串高阻抗電阻，但是，電阻型消耗源(drain)消耗約25 mW輸入能耗，當考慮到空載輸入能耗時，此25 mW能耗相對較大。安森美半導體的方案採用有源X2電容放電來檢測斷開交流連接狀況，並通過開關觸發電容放電。NCP1246 HV接腳包含了交流線路撥出檢測器，如果定時器定時到期，輸入即為直流，放電電路被觸發，X2電容放電，見圖2。

圖2：NCP1246交流線路撥出檢測器
元件的關閉模式是由從次級端到NCP1246回饋接腳的訊號來觸發的。NCP435x使用相同的光耦提供此訊號，用於回饋網路；空載期間，NCP435x驅動光耦，下拉回饋(FB)接腳，關閉NCP1246。NCP1246的關閉模式有兩個與眾不同之處，一個是採用低能耗關閉模式，另一個是以光耦觸發的關閉模式。
NCP4354的功能及應用
NCP4354是專為與NCP1246配合使用而設計的一款低待機能耗次級端恆流恆壓 (CCCV) 控制器，帶有LED驅動器接腳(圖3)。其價值在於，可檢測空載條件並使主控制器進入超低頻率跳週期模式，以降低待機功耗；只有一個回饋和關閉(OFF)控制所需的光耦；提高了空載效率(小於15 mW)；元件更少。此外，它還具有CCCV回饋、供電電壓高達36 V、在關機模式可調整最低Vout、1.25 V參考精度為1％，以及Icc大於100 μA等功能。NCP4354與NCP1246一起使用，可調節Vmin，市場及應用範圍包括筆記型電腦適配器及其他外部電源適配器。NCP435x系列還有一款不帶LED驅動器的產品NCP4353，可以與NCP1246一起使用來調節Vmin(僅B版本)。

圖3：NCP4354典型電路圖
NCP4353A及NCP4354A具有嵌入式恆壓恆流(CVCC)，通過增添的OTA增加電流控制(CC)功能，直接提供穩壓動作和CC；以直接輸出電流檢測來增強安全性；低壓參考(VREFC = 0.0625V，±5%)可降低檢測電阻(Rsense)的壓降及能耗。
為了幫助客戶儘快實現低待機能耗解決方案，安森美半導體提供了NCP1246 + NCP4354 65W適配器演示板(圖4)。圖5是演示板的電路圖。從圖6可以看出其能效相當高。

圖4：以NCP1246和NCP4354為基礎的65 W適配器演示板

圖5：65 W適配器演示板電路圖

圖6：65 W演示板能效
結論
NCP1246及NCP4354是用於適配器的同伴元件，NCP1246整合帶X電容放電和輸入欠壓保護功能的高壓啟動電路，可以實現頻率抖動、無損過功率補償、輕載時頻率反走、跳週期及休眠模式等功能。NCP4354為次級端CCCV控制晶片，整合了空載檢測及電壓控制，內含1.25 V基準及LED驅動。一起使用兩款元件可為AC-DC電源適配器提供極低的空載待機能耗，輕鬆滿足「能源之星」標準的要求。