筆記本電腦的應用非常廣泛，且市場(chǎng)規模持續快速增長(cháng)。相應地，筆記本電腦電源適配器的市場(chǎng)也非�？捎^(guān)。用戶(hù)往往要求高性能、小尺寸或低重量的筆記本，同時(shí)價(jià)格適宜。對于電源適配器設計人員而言，就要選擇適合的控制器，用于開(kāi)發(fā)高能效、集成豐富保護特性、尺寸小巧的適配器。
有利的是，安森美半導體推出了新的NCP1250/NCP1251固定頻率6引腳脈寬調制(PWM)反激控制器，極佳地滿(mǎn)足設計人員的需求，使他們能夠開(kāi)發(fā)高性能、高功率密度的電源轉換器，用于筆記本/上網(wǎng)本電源適配器，并可用于DVD或機頂盒(STB)的低功率開(kāi)放式電源等應用。
筆記本電腦電源適配器要求
從大多數用戶(hù)的使用情況來(lái)看，筆記本電腦有相當的時(shí)間內會(huì )處在輕載或待機條件下。與提高25%、50%、75%或100%負載條件下的能效相比，降低極低負載條件甚至是待機條件下的能耗及提升能效更具挑戰性。這就要求電源控制器具備極佳的輕載或待機能耗性能。
此外，用于筆記本的AC-DC適配器也要求具備以下幾種保護特性：
●短路保護(SCP)：必須能夠承受輸出持續短路而不會(huì )損壞。當故障消失時(shí)，適配器必須能夠從保護模式下恢復，并重新提供額定功率。
●過(guò)壓保護(OVP)：在環(huán)路被破壞的情況下，如光耦合器損壞或TL431分壓網(wǎng)絡(luò )受到影響，適配器必須立即停止工作，并在用戶(hù)重新啟動(dòng)適配器前保持在此狀態(tài)。
●過(guò)溫保護(OTP)：如果適配器的溫度超過(guò)某個(gè)溫度值，適配器就存在損壞的風(fēng)險。為了避免出現這種情況，就需要使用熱傳感器來(lái)持續監測溫度，并在溫度超過(guò)設計人員設定的限制值的情況下，適配器就持續關(guān)閉。當用戶(hù)重新啟動(dòng)電源且溫度下降時(shí)，適配器復位。
●過(guò)功率保護(OPP)：對某些電源而言，重要的是在最壞條件下——如負載消耗的電流過(guò)大，最大輸出電流保持在受控狀態(tài)，而不會(huì )實(shí)際出現短路。
NCP1250/1關(guān)鍵特性及功能解析
NCP1250/1是采用極小的6引腳TSOP封裝的固定頻率PWM控制器。除了尺寸極小，還提供即便是其它更高端控制器可能都不具備的眾多優(yōu)勢。在最簡(jiǎn)單的應用(5個(gè)功能引腳)中，NCP1250/1非常合適于設計緊湊、保護功能減至最少的離線(xiàn)電源。由于還有第6個(gè)多功能引腳可用(見(jiàn)圖1)，還能用于更高水準應用，驅動(dòng)筆記本或上網(wǎng)本的AC-DC適配器。而諸如非耗散性過(guò)功率保護等獨特功能，使NCP1250/1成為高性能、高密度應用的極佳選擇。
基于NCP1250/1控制器的筆記本AC電源適配器解決方案
NCP1250/1采用峰值電流模式控制工作，在轉換器提供額定功率時(shí)以固定頻率(65 kHz或100 kHz)開(kāi)關(guān)。NCP1250/1具有頻率反走功能，當功率下降至額定值的約20%時(shí)，頻率通常就呈線(xiàn)性下降至26 kHz，這時(shí)負載變得更輕。當頻率下降完成時(shí)，器件就進(jìn)入跳周期模式。這個(gè)功能使電源適配器在完整負載范圍下都能提供高能效，滿(mǎn)足注重能效性能特別是輸出負載較低時(shí)能效性能的設計人員的需求。值得一提的是，NCP1250/1即使在頻率反走模式下工作時(shí)，仍然保持低頻率抖動(dòng)，從而幫助自然地弱化電磁干擾(EMI)信號，即使是在轉換器并未提供滿(mǎn)額輸出功率時(shí)。
NCP1250/1提供幾乎所有必要的保護功能，極佳地滿(mǎn)足上述AC-DC適配器要求。NCP1250與NCP1251的唯一區別是NCP1251在Vcc引腳上提供集成OVP功能，而NCP1250并不在Vcc引腳上提供OVP功能。下面我們將具體討論NCP1250/1的各項保護功能及其應用。
1)短路保護
NCP1250/1通過(guò)監測引腳4上的電流感測信號來(lái)確保提供短路保護。如果監測到的最大峰值電流超過(guò)最大內部電流設定點(diǎn)(0.8 V/Rsense)時(shí)，內置的100 ms定時(shí)器就啟動(dòng)。如果電流感測信號下降到最大內部電流設定點(diǎn)以下，定時(shí)器就復位。如果定時(shí)器的100 ms計時(shí)周期完成，表示故障已存在超過(guò)100 ms，所有驅動(dòng)脈沖立即停止，控制器的電流消耗降至約1 mA。值得一提的是，NCP1250和NCP1251均包含A版本和B版本，其中A為自動(dòng)恢復版本，即100 ms后自動(dòng)恢復，而B(niǎo)為完全閂鎖版本。
2)過(guò)功率保護
在應用過(guò)功率保護方面，傳統技術(shù)屬于耗散型OPP，因為在待機時(shí)OPP電路仍然工作，使適配器的輕載及待機能效性能受到影響。NCP1250/1使用獨特的非耗散型OPP方案，僅要求使用2顆電阻，對輕載能效性能沒(méi)有影響。
圖2：NCP1250/1應用非耗散型OPP，對輕載性能沒(méi)有影響
3)過(guò)壓保護
如圖1所示，電路中的光耦合器斷路或TL431分壓器網(wǎng)絡(luò )遭受?chē)乐仄朴绊?或其某個(gè)電阻丟失或出現錯誤值)時(shí)，輸出電壓就可能超出規定的限制值，這就是過(guò)壓條件。大多數情況下，過(guò)壓條件可能對下行負載有害，適配器這時(shí)必須完全關(guān)斷。NCP1250/1在OPP引腳上也集成了3 V參考比較器，這比較器可用于多種功能，如OVP。如果這OPP引腳電壓連續四次超過(guò)3 V，就使控制器IC閂鎖保護。
此外，如上所述，NCP1251不同于NCP1250的是在Vcc引腳上還提供集成OVP功能，一旦Vcc超過(guò)25.5 V就閂鎖，使控制器受到保護。
4)過(guò)溫保護
在眾多設計中，必須保護適配器免受熱失控(如適配器殼體內溫度超過(guò)特定值)影響。我們可以通過(guò)跟齊納二極管(D10)串聯(lián)一個(gè)負溫度系數(NTC)電阻(R14)來(lái)應用簡(jiǎn)單的OTP(如圖3所示)。當溫度升高時(shí)，NTC電阻開(kāi)始下降，并升高引腳3的電壓。當引腳3的電壓電平達到3 V時(shí)，器件就簡(jiǎn)單地閂鎖，并要求復位，然后重啟。
圖3：利用OPP網(wǎng)絡(luò )簡(jiǎn)單地應用OTP
采用NCP1250設計65 W適配器示例
安森美半導體基于NCP1250控制器設計了19 V/65 W演示電路板。此設計中額定輸出電流為3.2 A，并提供過(guò)功率保護(3.8 A@100 Vac，4.1 A@265 Vac)、過(guò)溫保護及Vcc引腳上過(guò)壓保護，參見(jiàn)圖4 (a)及(b)。
有關(guān)此65 W演示電路板的具體設計，包括元件選擇及相關(guān)計算，參見(jiàn)參考資料2。除了此65 W演示板，安森美半導體還提供12 V/3.3 A輸出的40 W演示板，同樣提供過(guò)功率保護、過(guò)溫保護及VCC引腳上過(guò)壓保護功能。
圖4(a)：基于NCP1250的19 V/65 W適配器電路圖
圖4(b)：基于NCP1250的65 W電源適配器演示電路板
能效測試結果
65 W演示電路板(含1.2 m長(cháng)線(xiàn)纜)在25%、50%、75%及100%等常見(jiàn)負載條件下均呈現出較高的能效(見(jiàn)表1)，如在230 Vrms條件下的平均能效高達88.67%。此外，這演示電路板在空載時(shí)的能效性能也極佳，僅消耗40 mW的功率。而由于頻率反走技術(shù)及跳周期模式的使用，輕載能效也極佳，如在230 Vrms條件下，輸出0.5 W、0.6 W及0.7 W功率時(shí)的輸入功率分別僅為0.74 W、0.86 W和0.98 W。
表1：基于NCP1250的65 W演電源適配器演示板能效測試結果
40 W演示電路板在115 Vrms和230 Vrms條件下測得的平均能效分別為87.8%和87.2%(針對的是負載施加在電路板連接器的情況)，100 Vrms和230 Vrms條件空載輸入功率分別為33 mW和75 mW，同樣提供高能效和低能耗。
總結：
NCP1250/1集成了應用高密度電源適配器所需的關(guān)鍵特性，如非耗散型過(guò)功率保護、能夠應用過(guò)溫保護、小封裝(TSOP6)及Vcc引腳過(guò)壓保護(OVP)(僅NCP1251)等。NCP1250/1在提供高工作能效的同時(shí)，通過(guò)采用頻率反走技術(shù)及跳周期模式，在輕載或待機模式下的能耗極低，從而能夠在完整負載范圍內提供高能效。此外，NCP1250/1采用頻率抖動(dòng)技術(shù)，即使是在頻率反走期間，也將EMI降至最低，從而提供極佳的EMI性能�；贜CP1250的65 W適配器演示電路板測試證實(shí)明了這器件在完整負載范圍下的高能效性能�？蛻�(hù)利用NCP1250/1控制器可以開(kāi)發(fā)出用于筆記本電腦或上網(wǎng)本的高性能適配器。 |
