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创新节电芯片方案成就低于1瓦特机功耗

作者:郑期彤  时间:2007-09-12 09:29  来源:电子设计应用

中国经济的快速发展带来了GDP的显著增加,同时也带来了更多的能量消耗,尤其随着智能家电使用的日益普及,待机能耗的增加态势已成为值得关注的焦点。2000年,国际能源署(IEA)发出“1瓦计划”的倡议,目标是到2010年将所有电器的待机能耗降至1瓦以下。为了推进我国的整体待机能耗降低工作,中标认证中心于2002年启动了待机能耗的节能产品认证计划。截止到目前。我国已针对打印机、计算机、显示器、复印机、传真机、DVD、彩电等11类产品制定了待机能耗节能产品认证标准,达到节能产品认证要求的型号为2208个。

在由中标认证中心主办、安森美半导体协办的第二届“1瓦论坛”上,中标认证中心主任李铁男指出,通过实施产品待机能耗认证制度、开展政府节能采购活动、加强降低待机能耗的宣传推广,以及跟踪并积极参与国际活动等手段,国家正在不遗余力地推动着节能工作的开展。据悉,为了更进一步地降低待机能耗,国家将针对计算机、打印机、显示器、复印机等浪费能耗高的产品,从政府优先采购的政策变为政府强制采购政策。同时,针对高效节能产品的增值税/所得税减免制度也正在制定中。李铁男表示:“今年1瓦论坛的主题是‘创新成就1瓦’。在降低待机能耗的过程中,先进技术的支持是最为关键的一环。目前,为了降低待机功耗而引起的成本增加可能是终端产品制造商面临的最大挑战。我们希望那些具有领先技术的半导体供应商,能够帮助我们的制造商优化系统设计,降低系统功耗和成本。”

创新技术打造节能方案

安森美半导体汽车及电源管理产品部全球销售及市场总监郑兆雄表示:“对于半导体厂商来说,为最终用户提供更高效的电源,减少最终产品的成本、重量、噪声和体积,降低能耗,节约消费者的电力开支,实现更绿色的环境是我们义不容辞的责任。”目前,安森美半导体的创新节电芯片方案正在支持1瓦计划在全球的实施和推广。郑兆雄将公司的创新技术划分为电源管理芯片的创新、系统设计的创新和结合客户应用的创新3方面。

高能效节能技术

安森美半导体的高能效电源管理芯片解决方案采用了众多创新节能技术,包括软跳周期、功能集成、PFC(功率因数校正)跳周期、无线圈去磁检测等,再加上专用设计芯片和创新的完整电源系统设计GreenPoint方案,可以提供高能效、远低于1瓦的电源方案。

软跳周期

在待机工作模式下,传统的PWM(脉冲宽度调制)控制器通常都不考虑待机的具体要求。而NCP1337增强型PWM电流模式控制器通过采用软跳周期技术控制峰值电流并消除一些开关脉冲,从而控制开关损耗,能够实现空载和轻载状态下的高效性能。同时,该器件还可以在变压器进入跳周期工作时有效地消除噪声,满足节能、待机与工作状态等各种要求。

在反馈引脚的监控下,只要功率要求低于预先设置的水平,器件即进入跳周期节电模式。在工作状态下,NCP1337有良好的准谐振(QR),电源负载的效率非常高,不仅能降低开关损耗,还能利用与输出整流器匹配的同步整流技术大幅减少次级损耗。由于NCP1337工作在准谐振模式,因此,变压器绕组能自然地驱动MOSFET。此外,NCP1337还可降低开关周期内高频电流尖峰信号造成的EMI。

功能集成

将不同的功能集成在一起,就能够简化外围电路设计,减少功率损耗,并帮助客户轻松实现产品的差异化。如图1所示的电路内集成了控制器和次级控制器等元件,可以精确控制3路输出电压,既可简化电路、提高性能,又可降低成本。

PFC跳周期

另外一项创新技术是利用PFC跳周期在轻载时实现超低待机能耗。采用NCP1605的150瓦电源可以跳过不需要的开关周期,实现优异的空载待机能耗,减少开关损耗,提高轻载效率。待机能耗在120V条件下仅为0.465瓦,在230V条件下为0.507瓦。

无线圈去磁检测

准谐振PWM控制器NCP1337中还集成了输入欠压保护、无线圈去磁检测、过功率保护等功能,既可节省芯片引脚,增加输入欠压保护/过功率保护功能,又能使其参考设计的空载损耗小于0.3瓦,如图2所示。NCP1337集成了真正的电流模式调制器和去磁检测器,可确保在任何负载/线路上均得到完整的边界线/临界导电模式。该器件提供了内部变压器磁芯去磁检测后,不需要任何外部信号。
NCP1337适用于CRT电视机、LCD电视机、PDP电视机、笔记本电脑交流-直流适配器、离线电池充电器、DVD播放器和机顶盒等其它消费电子产品以及任何要求高能效和低EMI的电源。

CRT电视机电源GreenPoint参考设计中使用NCP1337后,能提供低于1瓦的待机能耗。这个高能效的160瓦参考设计集成了电源的所有功能模块,符合国际低待机能耗的规范。

专用设计芯片

在专用设计芯片方面,低成本PWM控制器NCP1351采用了固定峰值模式控制,可根据输出功率需求来调节关断时间长度。在高功率状态下,它的开关频率会不断上升,直到达到一个最大值。在轻载状态下,其关断时间延长,NCP1351的频率也会降低。该器件具有过功率保护、可调故障定时器、负电流检测、锁存、限制最大开关频率等多种功能。其演示板空载损耗最大0.139瓦,是打印机电源等低成本电源应用设计的理想选择。

另一个专用设计芯片的例子是用于笔记本电脑适配器的单段PFC控制器NCP1651,它具有90%的高能效和设计简易性,可比传统方案节省20%以上的成本,是未来笔记本电脑电源的发展方向。

系统设计满足客户应用要求

在系统创新上,安森美半导体为客户提供的不仅是单一的半导体器件,而是完整的解决方案。其GreenPoint设计可完全符合终端客户的生产设计要求,例如,适用于220瓦大尺寸平板液晶电视机的电源系统参考设计在0.4瓦负载条件下的全输入电压范围输入功率小于1瓦,并集成了电源的所有功能模块,符合低待机能耗的国际标准,其主导元件是NCP1395和NCP5181。

美国能源之星将在今年7月20日实施对台式电脑ATX电源性能要求的最新标准,安森美半导体的ATX电源参考设计方案可以在所有指定负载情况下超越能源之星要求的80%电源能效。该参考设计在高电压输入时可以实现86.5%的满载高能效,在20%轻载和低电压输入时能效可达82.5%。与目前市场上常见平均70%能效的电源比较,该设计可以降低电源损耗达50%。这款参考设计可以满足300瓦 ATX电源所有功能模块的需求,包括PFC、开关式电源控制和稳压、后稳压与待机电源等。该方案不单满足了低于1瓦的待机能耗,更能在电源工作状态下提升电源的能效。

为了充分了解和满足终端客户开发产品的需求,安森美半导体还与长虹等国内多家厂商建立了联合实验室,并委派驻场工程师协助终端客户完成系统设计,合作开发应用方案。

郑兆雄指出:“安森美半导体将利用高性价比、低于1瓦待机能耗的领先解决方案满足全球更严格高能效标准和消费者的需求,使消费者无需改变生活方式就可轻松享用现代科技带来的便捷和优质生活。”■

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