高效節能技術應對更嚴格電源能效規范要求

高效節能技術應對更嚴格電源能效規范要求
隨著人們節能環保意識的不斷增強，計算機、照明、消費電子、電源適配器和家電等領域越來越多地出現了更嚴苛能效法規的限制。以在全球擁有廣泛影響力的美國“能源之星”項目為例，新的1.0版固態照明(SSL)規范已從2008年10月1日開始實施，2.0版適配器/外部電源規范和3.0版電視規范也于同年11月1日開始實施，而2.0版的機頂盒(STB)規范也于2009年1月1日生效。

這些能效規范在工作能效、待機能耗及功率因數方面提出了比此前版本更高的要求。如2.0版適配器規范的工作能效(以大于49W輸出功率為例)要**不低于87%，而此前的1.1版要求為不低于84%。另外，3.0版電視機規范的待機能耗要求為不超過1W，后續規范則可能進一步降低不超過0.3W甚至是0.1W。

這些更趨嚴格的能效規范為電源設計人員帶來了更棘手的節能挑戰。安森美半導體身為全球**的高性能、高能效硅方案供應商，在以高效節能技術應對更嚴格電源能效規范方面擁有獨特的優勢，提供高能效的整體電源方案，可幫助設計人員同時實現降低電源待機能耗、提升工作能效及應用功率因數校正(PFC)。

優化PFC控制模式，結合PFC與主轉換器

包括計算機電源、外部適配器在內的許多應用的能效規范都包含功率因數要求，如功率大于75W的個人計算機、電視和顯示器強制要求應用PFC。安森美半導體整體方案的一個重要組成部分，就在功率因數校正方面致力于將PFC與主轉換器結合，并優化指定應用和功率電平的PFC控制模式。

而根據電流特性的不同，常見的PFC工作模式有非連續導電模式(DCM)、臨界導電模式(CrM)、連續導電模式(CCM)以及頻率鉗位臨界導電模式(FCCrM)等，其特征也各不相同。

表1：針對不同輸出功率等級及應用的安森美半導體PFC控制器。

安森美半導體提供豐富PFC控制器選擇，如NCP1601/5/6/7/8、NCP1631、NCP1650/1/2/3/4等，涵蓋上述不同工作模式，優化用于不同功率的應用，見表1。如NCP1606/7/8采用CrM工作模式，適合于功率通常低于300W的中等功率應用，如電子鎮流器、液晶電視、等離子電視、臺式計算機和交流適配器等。*新推出的NCP1654均工作在CCM模式，適用于功率大于200W以上的場合。NCP1654的前身NCP1653推出幾年來已經獲得了極大的成功，廣泛應用于臺式計算機，開放式電源等領域。特別是在液晶電視和等離子電視中更是占據了絕大多數的市場份額。

與此同時，安森美半導體還開發了較新的PFC架構，如將PFC段與脈寬調制(PWM)主轉換器段結合在一起，推出單段式的PFC控制器。實際上，NCP1651及NCP1652就是這種架構的典型產品。這種單段式PFC減少控制IC、電感和MOSFET的使用數量，幫助提升能效及顯著降低成本。

NCP1652單級PFC采用反激式拓撲結構，既可以工作在CCM，也可以工作在DCM，結構簡單且成本優勢明顯，特別適合于25W至150W功率范圍的應用，包括大電流電池充電器、分布式電源系統前端和大功率固態照明(SSL)等。采用CCM工作模式時，NCP1652幫助提供極優的功率因數，同時限制峰值初級電流。

安森美半導體還積極開發交錯式PFC等新穎的PFC控制技術及FCCrM工作模式的單芯片交錯式PFC控制器——NCP1631。這種交錯式PFC更易于設計，便于采用模塊化的方案，并簡化電磁干擾(EMI)濾波，特別是采用兩個較小PFC的設計能夠支持厚度低至10mm的超薄型液晶電視設計，在完整功率范圍下提供極優能效，見圖1。

圖1：基于NCP1631單芯片交錯式控制器的300WPFC電路板能效測試結果。

采用更好器件及拓撲結構，提升電源工作能效

除了PFC方面的努力，安森美半導體還在開關控制器方面采用頻率反走、同步整流，以及軟開關(包括準諧振、完全諧振、有源鉗位(反激或正激))等拓撲結構，同時采用好的場效應管(FET)和二極管，以提升電源方案工作效率。

表2：NCP1379/80控制器提供高工作能效及低輕載和待機能耗。
其中，就交流-直流(AC-DC)離線式開關電源控制器而言，安森美半導體提供帶高壓啟動電路及不帶高壓啟動電路的多種選擇，如NCP1237/8、NCP1287/8、NCP1379、NCP1380、NCP1252、NCP1351、NCP1395/6/7等。以NCP1379/80為例，這兩款器件是高性能的準諧振(QR)控制器，帶谷底鎖定功能，支持谷底轉換，在寬范圍條件下提供優異的工作能效(見表2a)，并大幅降低噪聲，適合用于筆記本、LCD顯示器和游戲機的交流-直流適配器，平板電視的輔助電源，以及DVD和機頂盒等消費類應用。

而除了主開關控制器，安森美半導體規劃推出一系列新的高壓功率MOSFET完善電源解決方案，如NDFxxN60Z等。這些MOSFET采用的先進封裝技術，包括2009年內推出的DPAK表面貼裝(SMT)封裝和TO220FP、TO-220穿孔封裝，以及在2010年推出D2PAK、SOT-223等表面貼裝封裝，及I2PAK、TO-30、IPAK及TO-92等穿孔型封裝。

此外，安森美半導體還擁有豐富的整流器產品，產品除了涵蓋適配器、ATX電源、液晶電視電源等電源市場，還包括動力系統、**及控制、舒適及便利、車身電子等汽車市場。

新的綠色節能技術研究

安森美半導體身為全球**的高性能、高能效硅方案供應商，除了以現有產品和技術幫助客戶構建高能效的整體電源方案，還持續推動新的綠色節能技術研究，幫助后續能效規范的更高要求及客戶的更高期望。

例如，在提升PFC能效方面，除了交錯式PFC等新穎技術，安森美半導體還對無橋PFC方案進行了研究。這種PFC架構旨在去掉二極管整流橋，減少整流過程中的功率損耗，大幅提升PFC能效。安森美半導體基于這種架構開發了800WPFC段的原型。這原型采用NCP1653PFC控制器及MC33152MOSFET驅動器。

經測試，這原型在90Vrms、滿載、無風扇(機箱打開，室溫)條件下的能效達94%，而在100Vrms時達95%。在20%負載時能效更接近或超過96%。這種無橋PFC架構將是適合大功率應用的一種極高能效的解決方案。

圖2：用于提升PWM能效的新的交錯式LLC拓撲結構示意圖。

其次，在提升主轉換器的PWM能效方面，安森美半導體除了繼續開發有源鉗位正激(ACF)、半橋諧振(LLC)等軟開關拓撲結構，還在開發新的交錯式LLC(ILLC)拓撲結構，用于更大功率的應用。在需要輸出大電流(如大于15A)和/或低厚度設計時，ILLC可用于提供極高能效，且大幅減小次級電容紋波電流。

能夠基于NCP1395/6控制器，增加除法邏輯及2個半橋驅動器NCP5106，構建ILLC控制單元。評估板測試結果顯示，這種拓撲結構在相位2輕載關閉時，能夠保持高于95%的極高能效。安森美半導體還積極開發新型次級同步整流技術，如NCP4303A/B通用同步整流控制器具有外部可調節*短導通及關閉時間等特性，優化使用開關周期，提供高能效。

高能效參考設計加快“綠色”電源上市

安森美半導體為了幫助客戶縮短開發周期并加快產品上市，還推出多種GreenPoint?電源參考設計，如極高能效的255W計算機ATX電源參考設計、220W高壓LIPS液晶電視電源參考設計等。這些公開參考設計中提供的文檔包括功能框圖和全部示意圖、物料單(BOM)、電路板布線圖、設計描述、性能測試結果，以及源自第三方測試的驗證。

計算、消費、照明及適配器等領域涌現了越來越多的更趨嚴格的電源能效規范標準，為設計人員帶來了重要挑戰。安森美半導體身為全球**的高性能、高能效硅方案供應商，不斷推出各種新穎的關鍵控制器件、MOSFET和整流器產品，同時持續開展綠色節能技術研究，以一種整體的方式幫助客戶同時改善功率因數、提升工作能效及降低待機能耗，并提供經過測試證實具有極高能效、符合80PLUS和“能源之星”等規范要求的高能效GreenPoint?電源參考設計，幫助客戶縮短設計周期，加快產品上市進程。

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