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半导体技术的进步缔造更智能、更纤薄的电源

导读: 随着个人计算机(PC)及电视机采用更纤薄优雅的外形因数,电源必须降低厚度,超便携计算机用的适配器也必须变成紧凑轻巧的旅行伴侣。

  随着个人计算机(PC)及电视机采用更纤薄优雅的外形因数,电源必须降低厚度,超便携计算机用的适配器也必须变成紧凑轻巧的旅行伴侣。

  为了帮助符合此类目标,准方波谐振(QR)电源提供高开关能效,还帮助降低电磁干扰(EMI),能简化电磁的屏蔽或抑制。反激及功率因数校正(PFC)组合型控制器管理电源,令设计人员能够减少器件数量。此外,通过在低负载/空载条件下关闭PFC,控制器还能提升待机能效。此类器件的路线图正趋向进一步提升功能集成度,及增强开关性能,用以降低可听噪声。

  组合型QR/PFC控制器

  市场上存在多种包含PFC及准谐振反激反激控制功能、采用单个封装的组合型器件。高压集成电路(IC)技术容许采用经过整流的交流线电路来直接启动。逻辑电路控制反激及PFC开关波形,以及其它功能,如软启动,过流、过压及过温保护等保护功能,安全重启,及退磁检测。

  在正常工作期间,PFC通将无功功率(reactive power)降至最低及防止线电压失真来提升能效。电器在功率高于70 W时强制要求PFC;但功率等级低于70 W时则不要求PFC,其间PFC电路的能耗可能会降低能效。为了节省这些能耗,市场上某些反激/PFC组合控制器能够在轻载时及关闭模式下关闭PFC电路,并因此提升能效。

  安森美半导体的NCP1937组合型PFC及准谐振反激控制器提供一项新颖的功能,令用户可以根据输出功率占满载功率的百分比来设定PFC关闭阈值。内部电路产生跟输出功率成正比例的电流,此电流使用外部电阻及电容来调节和平均,以产生与输出功率成正比的电压。此IC结合使用此电压及集成的PFC关闭定时器和随着线电压变化的参考电压,以协调PFC的关闭和重新启用。这就使PFC段能够在低线电压下25%至50%负载及高线电压下50%至75%负载期间关闭。上电期间PFC段也关闭,直至反激软启动定时到期。此外,通断开反馈连接来关闭PFC所需的电路也集成在此器件中。传统组合型器件要求包含MOSFET电路的外部反馈连接,以根据要求断开或闭合回路。图1展示了PFC导通/关闭控制电路。

半导体技术的进步缔造更智能、更纤薄的电源

图1.PFC导通/关闭控制集成电路。

  此功能提供了一个示例,彰显高压IC技术领域的进步如何使制造商能够提供更高集成度的控制器,使电源设计人员能够省去额外的外部电路,并进一步提升完整负载范围下的能效。带有高压功能的IC提供的数字功能通常有限。如今,更高端的高压工艺配合更小的数字特征尺寸,容许增加额外的芯片内建功能,使设计人员能够以比以往尽可能小的外形因子,构建更加智能及更高精度的电源方案。

  改进的关键细节

  安森美半导体的700 V高压工艺还使此控制器能够集成用于在AC线电压移除时对X2输入滤波电容放电(一项安全机构标准要求的功能)的大多数电路。这就节省PCB空间及用于X2电容放电之外部电阻网络的能耗。NCP1937控制器包含两个高压启动电路,并且使用了一种新颖的方法来重新配置这些电路,从而在交流线电路移除的情况下对输入滤波电容放电。

  此高端工艺还能集成其它功能,帮助节省几个外部器件;这些功能包括省电模式(PSM)功能,此功能将供电电流降至低于70 μA。传统反激控制IC采用的典型方法是使用有源关闭(active-off)集成来启用低功率模式,此方法要求额外的偏置电流来下拉次级端的光耦,降低了系统总能效。相比较而言,NCP1937包含内置电路,无须此类偏置电流,因而在空载条件下提升系统能效。

  增加的数字集成功能及高级的700 V高压工艺,还支援芯片置建应用更多保护功能所要求的电路,如故障检测、电流感测及过功率补偿,降低了对外部器件的依赖。

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