安森美半导体用于低功率应用的高能效AC-DC开关稳压器方案

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安森美半导体用于低功率应用的高能效AC-DC开关稳压器方案
近年来，世界各国政府为了因应全球气候暖化，纷纷制定更严格的高能效法规与标準，提升电源能效，降低能耗，以期减轻对环境的压力。安森美半导体身为全球领先的半导体供应商，积极推动高能效创新，提供宽广阵容的高能效电源产品及方案，涵盖从高整合度功率因数控制器、AC-DC控制器、DC-DC控制器，到离散MOSFET、整流器、IGBT等，以及智慧功率模组(IPM)和功率整合模组(PIM)等，用于电脑、消费(电视机、DVD、机上盒、游戏机等)、白家电、电信、工业及LED照明等重点应用，符合或超越各种能效规範。
本文重点围绕市场上的低功率应用，如消费性电器/白家电辅助电源、待机隔离电源、电表/智慧电表电源、辅助电源、数据机/路由器AC-DC适配器、低功率LED照明、工业装置控制等，介绍安森美半导体涵盖2W到25W功率範围的高能效AC-DC开关稳压器方案。

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图1：市场上常见的低功率AC-DC开关稳压器应用。
安森美半导体提供一系列高能效固定频率脉宽调变(PWM)电流模式开关稳压器，包括：
NCP1010及NCP1011，用于0至5W应用；
NCP1012、NCP1013、NCP1014和NCP1015，用于5W至10W应用；
NCP1027及NCP1028，用于5W至15W应用；
NCP1070、NCP1071、NCP1072、NCP1075、NCP1076及NCP1077，用于3W至15W应用；
NCP1124、NCP1126及NCP1129，用于10W至30W应用；
NCP1136，用于15W至20W应用。
其中，NCP107x、NCP112x及NCP1136是新的开关稳压器产品，也是本文探讨重点。这些产品中，NCP107x整合了700V高压MOSFET开关，NCP112x整合了强固的650V高压MOSFET，而NCP1136整合了800V高压MOSFET。
1)NCP107x系列700V单片整合开关稳压器
NCP107x系列单片开关稳压器採用PDIP-7或SOT-223封装，与NCP101x系列接脚对接脚相容。NCP107x系列採用电流模式65/100/130kHz固定频率工作，用于3W至15W功率的应用，如平板电视辅助电源、白家电、电表等。
这系列元件支持频率返驰及跳週期模式，提升电源轻载能效。这系列元件还具有内置高压启动功能，支持动态自供电(DSS)，提供无损耗的启动序列。这系列元件的其他特性包括：短路保护、1ms缓启动、频率抖动、Vcc接脚过压保护等。NCP1070和NCP1071整合了导通阻抗为22Ω的MOSFET，峰值电流分别250mA和350mA。NCP1072和NCP1075的MOSFET导通阻抗为11Ω，峰值电流分别为250mA和450mA。NCP1076和NCP1077的MOSFET导通阻抗为4.3Ω，峰值电流分别为650mA和800mA。
安森美半导体基于NCP107x开发了一系列参考设计。图2显示的是基于NCP1075/2的5至10W参考设计，针对智慧电表、电表及白家电应用。这参考设计提供较高能效，同时提供低空载待机能耗。这参考设计演示板还提供低成本感测电路选择。

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图2：用于智慧电表、电表及白家电等应用的NCP1072/55到10W参考设计。
基于NCP1075的双路输出8W参考设计(见图3)，提供优异的能效水準及互稳压性能，用于白家电及工业装置等应用。

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图3：用于白家电、工业装置等应用的NCP10758W双路输出参考设计。
基于NCP1070/1的参考设计(见图4)典型输出电压为5V，输出电流1A，提供80%的能效，适合低功率AC-DC适配器及消费电子应用。

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图4：用于低功率AC-DC适配器、消费电子等应用NCP10752到5W参考设计。
基于NCP1076/7的20W参考设计典型能效达80%，适合白家电及工业等应用。

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图5：基于NCP1076/7的20W参考设计。
基于NCP1075的12W参考设计採用抽头(tapped)电感来隔离交流信号，提高MOSFET工作的占空比，提高系统能效及电路性能。这参考设计适合白家电、电表及工业装置等应用。

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图6：基于NCP1075的12W抽头电感降压参考设计。
为了配合採用极高交流主电源电压供电的低功率应用，安森美半导体还提供基于NCP1075、带预稳压器的15W参考设计。此参考设计採用专利的电路应用，支援在2相(而非相位和中性点)之间供电，而没有相应双输入大电容及相应高电源电压的缺点，帮助降低BOM成本。

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图7：基于NCP1075开关稳压器和200V预稳压器的极宽电压範围15W参考设计。
2)NCP112x系列650V单片开关稳压器
NCP112x系列峰值电流模式单片开关稳压器内置650V额定雪崩能量MOSFET，採用65kHz或100kHz开关频率工作，採用PDIP-7封装，适合平板电视辅助电源、白家电、电表等应用。
这系列产品中，NCP1124和NCP1126分别整合导通阻抗为9Ω和6Ω的MOSFET，能够提供达15W输出功率；NCP1129整合2ΩMOSFET，能提供达25W输出功率。这系列元件在轻载条件下频率能够返驰至26kHz及採用跳週期模式工作，帮助提升轻载能效。NCP112x支持正常及频率返驰条件下的频率抖动，改善电磁干扰(EMI)性能。其他特性包括内置4ms缓启动、可调节限流及低空载待机能耗(<100mW)等。
安森美半导体基于NCP1126开发了20W参考设计。这参考设计提供5V输出电压及最大5A输出电流，採用外部补偿来优化输出负载，待机能耗极低。

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图8：基于NCP1126的20W参考设计提供极低待机能耗。
基于NCP1129的20W参考设计提供12V输出电压及连续1.6A电流，同样提供高能效和极低待机能耗，适合白家电，电表、智慧电表等应用。

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图9：基于NCP1129的20W参考设计适合白家电、电表/智慧电表等应用。
3)NCP1136800V单片开关稳压器
NCP1136单片整合开关稳压器与NCP112x系列接脚对接脚相容，其特性与NCP112x类似，均採用PDIP-7封装，整合额定雪崩能量MOSFET，同时具有轻载时频率返驰、跳週期、快速缓启动、可调节限流及低空载待机能耗等特性，适合平板电视辅助电源、白家电、消费电子及电表等应用。不同的是，NCP1136整合的是3.7Ω导通阻抗、800VMOSFET。基于NCP1136的20W参考设计在宽负载範围条件下提供高能效，并提供低待机能耗(图10)。

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图10：基于NCP1136的20W参考设计适合白家电、电表/智慧电表等应用。
总结：
安森美半导体为市场上的低功率应用提供宽广阵容的AC-DC开关稳压器产品，用于白家电、消费电子、电表/智慧电表、工业控制等多种应用。安森美半导体还基于这些产品开发了一系列参考设计，不仅在典型负载範围下提供高能效，还提升轻载能效，降低空载待机能耗。设计人员利用这些产品及参考设计，能够更快地开发高能效的低功率电源应用，并在市场上佔据更有利位置。

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表1：安森美半导体低功率开关稳压器功能及典型应用小结。

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