安森美--採用NCP1927組合控制器開發緊湊及高能效平面電視開關電源

近年來，平面電視的發展非常迅速，而得益於銷售價格的回穩，3D、智慧、網路電視市場顯著增長，同時預示用於平面電視的高能效且功能強大的開關電源需求也在顯著增加。

安森美半導體提供的NCP1927功率因數校正(PFC)及反激組合控制器電源管理晶片，能夠用於開發緊湊及高能效平面電視開關電源，配合纖薄平面電視設計潮流及幫助推動節能降耗。

配合平面電視開關電源設計要求

從行業的發展來看，CRT向平面電視的轉變意味著能源消耗的增加。以液晶電視(LCDTV)為例，液晶螢幕本身不發光，必須要用燈管(背光模組)均勻照亮整個螢幕，再通過訊號和液晶物質的流動顯示出影像。要驅動這些燈管，並且讓螢幕保持較高的亮度和分佈，就需要消耗大量的電力。

以研發緊湊及高能效方案著稱的安森美半導體提供的NCP1927整合的PFC控制器採用臨界導電模式(CrM)工作時可實現接近1的功率因數，包含了構建強固及緊湊PFC段所需的全部特性，且將週邊元件數量減至了最少。此元件整合的固定頻率電流模式反激控制器採用專有的「軟跳週期(Soft-SkipTM)」待機模式，且結合輕載時的頻率折返(frequencyfoldback)功能，提供了極低的待機能耗。

安森美半導體的PFC及反激組合控制器NCP1927功能詳解

NCP1927是整合了臨界導電模式功率因數校正及反激控制器和時序電路的組合控制器，適合開發緊湊的高能效平面電視電源。其獨特特性包括逆變器啟用接腳、進入待機狀態控制接腳、頻率折返及軟跳週期，體現了通知背光逆變器PFC輸出已就緒、關閉PFC控制器，以及完整負載範圍內的高能效優勢。

NCP1927還具有其它特性，如極低啟動電流消耗(最大值<20 μA)、包含關閉IC的關閉接腳、快速主電源/負載瞬態補償、可編程PFC過壓/欠壓保護、帶內置斜坡補償的65 kHz固定頻率、削弱EMI訊號的頻率抖動特性、帶自動恢復的基於計時器的過流保護，以及提供針對繞組短路的保護、4 ms軟啟動等。

·簡化系統設計：NCP1927設計適用於背光逆變器採用PFC段供電而訊號處理及音訊放大器採用反激段供電的系統。從圖1的NCP1927方塊圖中看到，在電壓高於1 V時，NCP1927可關閉PFC及反激電路；拉高時PFC啟用；在PFC就緒時通知背光逆變器導通。這樣，NCP1927就為平面電視電源提供了一個簡單、緊湊及可靠的方案。

圖1：NCP1927方塊圖

·啟動序列/待機/啟用逆變器：圖2是NCP1927的啟動序列，其順序是VCC充電直至VCC(on)、反激段啟用、反激段到達穩壓狀態、PFC段啟用、PFC段到達穩壓狀態、逆變器啟用。

圖2：NCP1927的啟動序列

當GTS(進入待機，Go To Standby)接腳電壓降至低於VSTANDBY時，PFC關閉，且保持待機狀態，直至電壓增加到高於VSTANDBY+VSTANDBY(HYS)。PFC可以通過反激電路FB接腳自動關閉，或以光耦直接控制，如圖3所示，方法1是根據反激段FB接腳電壓來觸發GTS；方法2是使用次級端訊號來觸發GTS。

圖3：進入待機的兩種方法

·啟用逆變器：NCP1927監測PFC誤差放大器電流，一旦此電流降低至0 μA，就會通知逆變器導通。如圖4(a)所示；當PFC處於穩態穩壓時，IENABLE接腳提供5 V輸出。如圖4(b)所示。

圖4：啟用接腳序列

·輕載能效特性：NCP1927提供三種工作模式：第一種是正常的65 kHz固定頻率工作；第二種是頻率折返，即在輕載時振盪器頻率線性降低至26 kHz；第三種是輕載時軟跳週期模式，即驅動停止，跳開關週期。這三種工作模式結合在一起，優化完整負載範圍內的能效。

圖5：VFFB下降時的開關頻率

·反激段軟跳週期模式：圖6給出了電壓模式到電流模式工作的過程。FB訊號與內置斜坡訊號比較；內置斜坡訊號允許在電流模式控制開始前出現一些短脈衝。在此模式下VFFB上升時，驅動器又開始開關，占空比逐漸從0%上升。此模式可降低可聽雜訊風險，同時支援在鉗位元網路中使用廉價變壓器及電容。

圖6：軟跳週期架構

·PFC跳週期模式：在此模式下，Pcontrol電壓降至低於可編程跳週期電平時，PFC停止開關；在穩壓電壓自然地回升至高於跳週期電平時(增加了延遲特性)，PFC恢復開關。跳週期電平用RPSKIP來調節，見圖7。

圖7：PSKIP接腳電路

·保護特性：在PFC段，有過流保護(OCP)、過壓保護(OVP)、欠壓保護(UVP)功能；在反激段，有超載保護(帶80ms故障計時器)、繞組短路保護和過熱關閉。元件設有PFC過壓保護(OVP)及欠壓保護(UVP)專用接腳。在出現浮動接腳時，IUVP電流源啟動UVP，見圖8。帶專用POVUV接腳的雙回饋配置提供更高的安全等級，即使雙回饋配置中某個故障，也可確保提供保護。圖8：POVUV接腳方塊圖

圖8：POVUV接腳方塊圖

·故障管理：即VCC斷續(Hiccup)功能。在非閂鎖故障(關閉模式、過熱關閉及反激超載)條件下，門驅動器關閉，內部IC電流功耗導致VCC降低至VCCOFF。一旦VCC上升至VCCON，故障重定，IC電流消耗降至啟動電流電平，使元件重啟。

圖9：VCC斷續時的VCC

NCP1927控制器具體應用

圖10是使用NCP1927的140 W液晶電視的開關電源的實物照片。其輸出1為390 V，250 mA；輸出2為5 V，2 A；輸出3為12 V，2.5 A。平均能效大於82%；滿載能效大於85%；空載輸入功率小於150 mW；功率因數大於0.95；啟動時間小於2秒。圖11是其電路圖。

圖10：140W液晶電視開關電源實物照片

圖11：140 W液晶電視電路圖

從圖12、13、14中可以分別看出140 W液晶電視的待機能耗小於50 mW，輕載能效極佳；平均能效及滿載能效很高；功率因數超越了要求，令人滿意。

圖12：空載能耗

圖13：能效

圖14：功率因數

結論

安森美半導體的NCP1927提供緊湊及強固的平面電視電源所需的所有特性，由於採用了專用逆變器啟用、PFC關閉(GTS)及關閉控制，大幅簡化了系統設計；頻率折返、反激段軟跳週期及PFC跳週期模式優化了能效。它同時提供了包括超載保護及專用欠壓和過壓保護接腳等強固的保護特性，是開發緊湊及高能效平面電視開關電源不可多得的理想元件。