安森美半導體用於低功率應用的高能效AC-DC開關穩壓器方案

安森美半導體用於低功率應用的高能效AC-DC開關穩壓器方案
近年來，世界各國政府為了因應全球氣候暖化，紛紛制定更嚴格的高能效法規與標準，提升電源能效，降低能耗，以期減輕對環境的壓力。安森美半導體身為全球領先的半導體供應商，積極推動高能效創新，提供寬廣陣容的高能效電源產品及方案，涵蓋從高整合度功率因數控制器、AC-DC控制器、DC-DC控制器，到離散MOSFET、整流器、IGBT等，以及智慧功率模組(IPM)和功率整合模組(PIM)等，用於電腦、消費(電視機、DVD、機上盒、遊戲機等)、白家電、電信、工業及LED照明等重點應用，符合或超越各種能效規範。
本文重點圍繞市場上的低功率應用，如消費性電器/白家電輔助電源、待機隔離電源、電表/智慧電表電源、輔助電源、數據機/路由器AC-DC適配器、低功率LED照明、工業裝置控制等，介紹安森美半導體涵蓋2 W到25 W功率範圍的高能效AC-DC開關穩壓器方案。

圖1：市場上常見的低功率AC-DC開關穩壓器應用。
安森美半導體提供一系列高能效固定頻率脈寬調變(PWM)電流模式開關穩壓器，包括：
NCP1010及NCP1011，用於0至5 W應用；
NCP1012、NCP1013、NCP1014和NCP1015，用於5 W至10 W應用；
NCP1027及NCP1028，用於5 W至15 W應用；
NCP1070、NCP1071、NCP1072、NCP1075、NCP1076及NCP1077，用於3 W至15 W應用；
NCP1124、NCP1126及NCP1129，用於10 W至30 W應用；
NCP1136，用於15 W至20 W應用。
其中，NCP107x、NCP112x及NCP1136是新的開關穩壓器產品，也是本文探討重點。這些產品中，NCP107x整合了700 V高壓MOSFET開關，NCP112x整合了強固的650 V高壓MOSFET，而NCP1136整合了800 V高壓MOSFET。
1) NCP107x系列700 V單片整合開關穩壓器
NCP107x系列單片開關穩壓器採用PDIP-7或SOT-223封裝，與NCP101x系列接腳對接腳相容。NCP107x系列採用電流模式65/100/130 kHz固定頻率工作，用於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。
這系列元件支持頻率返馳及跳週期模式，提升電源輕載能效。這系列元件還具有內置高壓啟動功能，支持動態自供電(DSS)，提供無損耗的啟動序列。這系列元件的其他特性包括：短路保護、1 ms緩啟動、頻率抖動、Vcc接腳過壓保護等。NCP1070和NCP1071整合了導通阻抗為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。
安森美半導體基於NCP107x開發了一系列參考設計。圖2顯示的是基於NCP1075/2的5至10 W參考設計，針對智慧電表、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：用於智慧電表、電表及白家電等應用的NCP1072/5 5到10 W參考設計。
基於NCP1075的雙路輸出8 W參考設計(見圖3)，提供優異的能效水準及互穩壓性能，用於白家電及工業裝置等應用。

圖3：用於白家電、工業裝置等應用的NCP1075 8 W雙路輸出參考設計。
基於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：用於低功率AC-DC適配器、消費電子等應用NCP1075 2到5 W參考設計。
基於NCP1076/7的20 W參考設計典型能效達80%，適合白家電及工業等應用。

圖5：基於NCP1076/7的20 W參考設計。
基於NCP1075的12 W參考設計採用抽頭(tapped)電感來隔離交流信號，提高MOSFET工作的占空比，提高系統能效及電路性能。這參考設計適合白家電、電表及工業裝置等應用。

圖6：基於NCP1075的12 W抽頭電感降壓參考設計。
為了配合採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於NCP1075、帶預穩壓器的15 W參考設計。此參考設計採用專利的電路應用，支援在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：基於NCP1075開關穩壓器和200 V預穩壓器的極寬電壓範圍15 W參考設計。
2) NCP112x系列650 V單片開關穩壓器
NCP112x系列峰值電流模式單片開關穩壓器內置650 V額定雪崩能量MOSFET，採用65 kHz或100 kHz開關頻率工作，採用PDIP-7封裝，適合平板電視輔助電源、白家電、電表等應用。
這系列產品中，NCP1124和NCP1126分別整合導通阻抗為9 Ω和6 Ω的MOSFET，能夠提供達15 W輸出功率；NCP1129整合2 Ω MOSFET，能提供達25 W輸出功率。這系列元件在輕載條件下頻率能夠返馳至26 kHz及採用跳週期模式工作，幫助提升輕載能效。NCP112x支持正常及頻率返馳條件下的頻率抖動，改善電磁干擾(EMI)性能。其他特性包括內置4 ms緩啟動、可調節限流及低空載待機能耗(<100 mW)等。                                                                                                                                                                                                                                          
安森美半導體基於NCP1126開發了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，採用外部補償來優化輸出負載，待機能耗極低。

圖8：基於NCP1126的20 W參考設計提供極低待機能耗。
基於NCP1129的20 W參考設計提供12 V輸出電壓及連續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、智慧電表等應用。

圖9：基於NCP1129的20 W參考設計適合白家電、電表/智慧電表等應用。
3) NCP1136 800 V單片開關穩壓器
NCP1136單片整合開關穩壓器與NCP112x系列接腳對接腳相容，其特性與NCP112x類似，均採用PDIP-7封裝，整合額定雪崩能量MOSFET，同時具有輕載時頻率返馳、跳週期、快速緩啟動、可調節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整合的是3.7 Ω導通阻抗、800 V MOSFET。基於NCP1136的20 W參考設計在寬負載範圍條件下提供高能效，並提供低待機能耗(圖10)。

圖10：基於NCP1136的20 W參考設計適合白家電、電表/智慧電表等應用。
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開關穩壓器產品，用於白家電、消費電子、電表/智慧電表、工業控制等多種應用。安森美半導體還基於這些產品開發了一系列參考設計，不僅在典型負載範圍下提供高能效，還提升輕載能效，降低空載待機能耗。設計人員利用這些產品及參考設計，能夠更快地開發高能效的低功率電源應用，並在市場上佔據更有利位置。

表1：安森美半導體低功率開關穩壓器功能及典型應用小結。

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