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高能效的ATX电源解决方案

发布时间:2017-01-23 06:55:09  来源:大电流电感厂家   查看:

(2)选择更低的Rds-on开关;
(3)无须过于在意升压二极管的选择。

安森美半导体的NCP1606是一款嵌入了CRM机制的高性价比PFC控制器。它的主要特性包括无需输入电压感测、启动电流消耗极低(<40μA)、典型工作电流低(2.1mA)等特点。在安全保护方面,它也提供可编程过压保护、欠压保护、精确及可编程的导通时间限制和过浪限制等特性。图3(b)是NCP1606在240W计算机电源应用中的能效。


开关电源段的能效提升及不同拓扑结构的比较


如上所述,假定300W电源在直流-直流(DC-DC)开关电源段要实现88%的能效。实现这个目标,可以从多个方面着手,如降低初级侧损耗、降低开关损耗、降低次级侧损耗和降低磁芯损耗等。

以降低初级侧损耗为例,可以通过降低导通阻抗和/或降低初级侧峰值电流和均方根(RMS)电流来实现。而要降低开关损耗,则可以考虑采用软开关技术。在降低次级侧损耗方面,则可以降低整流器压降(使用低正向电压Vf的二极管或FET整流器)。至于降低磁芯损耗,则可以通过采用更好的磁芯材料来实现。

在开关电源段,安森美半导体提供一系列的电源IC可用于提升电源能效,如用于初级侧的NCP1562、NCP1395/1396、NCP1027/1028等,以及用于次级侧的NCP1582/1583、N塑封电感CP5425/5427、NCP4331和NCP4350等。

对于初级侧的DC-DC转换而言,可以采取不同的拓扑结构,如双开关正激、有源箝位正激(ACF)和双电感加单电容(LLC)等。其中,双开关正激是一种传统的拓扑结构,这种结构下的元件容易获得,且MOSFET应力较低。但它也存在其劣势,即开关损耗较高,难以应用同步整流。相比较而言,有源箝位正激拓扑结构(如图4)的开关损耗较低,且能够进行自驱动同步整流。不过,这种结构下初级开关的额定电压较高。


安森美半导体的NCP1562就是一款有源箝位拓扑结构的电压模式控制器,设计用于需要高能效和少元件数量的DC-DC转换器应用。这种控制器集成了两个带有交叠延迟功能的同相输出,以此防止同时导电,并方便软开关。此控制器的主输出设计用于驱动正激转换器初级MOSFET,第二个输出则设计用于驱动有源箝位电路、次级侧的同步整流器或不对称半桥电路。NCP1562系列集成了众多的特性,如最大占空比限制、欠压检测和过流阀值等,从而减少了元件数量,并缩小了系统尺寸。NCP1562包含2个型号,分别是NCP1562A和NCP1562B,前者的电流限制电压阀值(VILIM)为0.2V,而后者则为0.5V。NCP1562的两项特点是软停止和带时间阀值一体成型电感器的逐周期电流限制检测器。该器件所采用的技术及其具有的众多特点能够帮助它降低初级侧的功率损耗,并提升开关电源能效。

NCP1395/NCP1396则是双电感加单电容(LLC电容器电感器)半桥谐振转换器。

以NCP1396为例,这种高性能谐振模式控制器提供可靠、坚固电源所需的所有性能。其独特的架构包括一个1.0MHz压控振荡器和保护功能,具有多种反应时间,使转换器更加安全,且不会增加电路的复杂塑封电感性。这种LLC半桥谐振转换器提供更高的能效。在较小的输入及负载范围内,尤其是在高输出电压的应用中,半桥谐振转换器是更佳的选择。它的开关损耗低,无需输出电感器,属于低元件数拓扑结构。该转换器还具备初级转换电压应力更低、谐振操作使开关损耗最小、采用恒定的占空比工作和简化高端开关驱动等优点。其结构示意图如图5所示。


在初级侧适用的电源IC中,NCP1027/NCP1028用作待机控制器。针对ATX电源进行了优化,集成了高压MOSFET和启动电流源。在低峰值电流条件下,执行跳周期操作,从而帮助降低能耗,提高能效。

而在次级侧,NCP158x属于低成本的降压型PWM控制器,设计用于工作在5V或12V的电源。这种器件能够产生低于0.8V的输出电压,适合当今所需要的低于1V电压的应用。NCP54共模电感器25则是高度灵活的双降压控制器。这器件能够工作在单个4.6V~13.2V电源,并支持单个两相或两路单相输出。NCP4331是用于高能效二次稳压的同步降压控制器,它将两个MOSFET驱动器封装在一起,用作伴侣芯片。该器件可以使功率耗散保持在最低水准,同时还可减少外围元件数量。NCP4350是电源监控IC,它提供了监视和控制多输出电源所必须的功能。该器件能够监控+3.3Vdc,+5Vdc和+12Vdc(A和B)输出。图6所示即为基于安森美半导体电源IC的305W ATX电源参考设计的结构框图。平面变压器厂家 | 平面电感厂家

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