極低待機(jī)功耗適配器的設(shè)計(jì)技巧及應(yīng)用方案

應(yīng)用設(shè)計(jì)步驟及要點(diǎn)

1) 電源段設(shè)計(jì)

要在設(shè)計(jì)中應(yīng)用NCP1237/38/87/88系列控制器，首先要設(shè)計(jì)電源段。由于功率小于75 W，這個(gè)功率等級(jí)常見(jiàn)采用反激轉(zhuǎn)換器。相應(yīng)地，需要計(jì)算出這反激轉(zhuǎn)換器相關(guān)元件參數(shù)，選擇好恰當(dāng)?shù)脑骷＠?，根?jù)輸出電壓和輸出電流可以計(jì)算出輸出功率，再根據(jù)EPA相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)預(yù)估能效，結(jié)合輸出功率和能效來(lái)預(yù)估輸入功率，隨后可以計(jì)算出平均輸入電流，并計(jì)算出大電容值。有關(guān)電源段設(shè)計(jì)中電容、變壓器、電感和MOSFET等參數(shù)的詳細(xì)計(jì)算過(guò)程，參見(jiàn)參考資料(1)或(2)。

值得一提的是，在電源的次級(jí)端，可以考慮采用同步整流技術(shù)來(lái)顯著提升能效。在這方面，可以采用安森美半導(dǎo)體的NCP4302同步整流控制器。諸如適配器、充電器和機(jī)頂盒等空間敏感型反激應(yīng)用中使用NCP4302這樣的同步整流控制器，能夠顯著提升能效，而額外成本極低。NCP4302已經(jīng)上市，新的NCP4303同步整流控制器也將于2010年上市。

2) 設(shè)定過(guò)載補(bǔ)償

過(guò)載補(bǔ)償(OPP)會(huì)影響初級(jí)峰值電流。我們可以根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算出初級(jí)峰值電流，然后計(jì)算出過(guò)載補(bǔ)償電阻值(ROPP)。安森美半導(dǎo)體已經(jīng)創(chuàng)建過(guò)載補(bǔ)償電子設(shè)計(jì)表格，方便用戶恰當(dāng)?shù)剡x擇ROPP及其對(duì)峰值電流(Ipeak)、瞬態(tài)電流(ITRAN)、輸出功率(Pout)及瞬態(tài)功率(PTRAN)的影響。

3) 降低空載輸入能耗

在降低空載(待機(jī))輸入能耗方面，除了采用前述內(nèi)置啟動(dòng)高壓電流源的無(wú)啟動(dòng)電阻設(shè)計(jì)和NCP1237/38/87/88這樣的帶有頻率反走及跳周期模式的控制器，還可以采取其它眾多途徑或訣竅，如降低變壓器泄漏電感、不允許動(dòng)態(tài)自供電工作、減小VCC鉗位電阻值、降低開關(guān)損耗、優(yōu)化鉗位電路、藉反饋電阻分壓器減小渦流、為所有負(fù)載電流設(shè)定穩(wěn)定的工作、降低TL431偏置電路損耗、降低次級(jí)整流器及其緩沖器的損耗和不使用輸出電壓顯示LED等。

4) 磁學(xué)設(shè)計(jì)

磁性元件磁通密度應(yīng)該以峰值電流來(lái)設(shè)計(jì)，并提供一些裕量(5%)，從而防止飽和。另外，需要結(jié)合具體設(shè)計(jì)要求看是否需要100%的輸出電流，若不是，就減小磁芯尺寸。例如，假定最大輸出電流是3.5 A，但只在瞬態(tài)條件下需要這大電流，其長(zhǎng)期的均方根(RMS)值僅1.75 A，負(fù)載系數(shù)僅為0.5(而非1)。設(shè)計(jì)人員減小磁芯尺寸后，就可以減小磁芯及銅損耗。變壓器磁芯尺寸、繞組設(shè)計(jì)及氣隙長(zhǎng)度等計(jì)算同樣參見(jiàn)參考資料(1)或(2)。

5) 改善電磁干擾

在適配器設(shè)計(jì)中，交流線路濾波、二極管緩沖器、直流輸出濾波器、驅(qū)動(dòng)器鉗位、鉗位環(huán)路和電源開關(guān)環(huán)路等可能會(huì)出現(xiàn)電磁干擾(EMI)，故改善EMI同樣是設(shè)計(jì)工程師面臨的重要任務(wù)。相應(yīng)地可以采取一些設(shè)計(jì)技巧或方法，如所有帶射頻電流的開關(guān)環(huán)路的面積均應(yīng)較小，以兩個(gè)扼流圈來(lái)分隔輸入交流濾波器從而減小寄生電容耦合影響，以及關(guān)閉通過(guò)變壓器注入射頻電流的電路環(huán)路等。就二極管緩沖器而言，緩沖器電阻應(yīng)當(dāng)接近振鈴電路的特征阻抗，且緩沖器的RC(電阻電容)時(shí)間常數(shù)應(yīng)當(dāng)相對(duì)于開關(guān)周期較小，但與電壓上升時(shí)間相比應(yīng)當(dāng)較長(zhǎng)。還可從電路板布線方面著手，，進(jìn)一步改善EMI。

典型65 W筆記本適配器演示板能效測(cè)試結(jié)果

安森美半導(dǎo)體基于NCP1237控制器構(gòu)建了一款典型65 W筆記本適配器(輸出電壓為19 V)的演示板，并針對(duì)EPS 2.0版規(guī)范優(yōu)化。相關(guān)能效測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。