電源適配器一般來講空間體積都比較小,，不能安裝大體積的散熱片,，同時EMI電磁輻射的屏蔽也是一個難以解決的問題。但是目前市面上電源適配器中的開關(guān)電源大多數(shù)都是采用普通的硬開關(guān)PWM控制方式設(shè)計的,，存在開關(guān)噪聲大,、EMI屏蔽結(jié)構(gòu)復雜、材料和生產(chǎn)成本高,、轉(zhuǎn)換效率不高散熱器體積大內(nèi)部空間擁擠,，且待機功耗大無法達到節(jié)能標準，保護功能少可靠性低等許多難以克服的缺陷,，尤其在50W以上低電壓大電流輸出的電源適配器,，這些缺陷更加突出。 

隨著全球多個國家和地區(qū)各種節(jié)能規(guī)范的紛紛發(fā)布,，例如“能源之星”認證項目,、美國加州能源委員會(CEC)、歐盟行為準則,、歐洲高能效電器組織(GEEA),，均把節(jié)能放在環(huán)保的重要一環(huán)。對于想要出口歐美等地的電源產(chǎn)品,，滿足國際強制執(zhí)行的待機功耗法規(guī)和安全認證標準非常重要,。例如，全球范圍內(nèi)倡議待機功耗低于1瓦,；UL安規(guī)認證,，CE安規(guī)認證等,。一方面是消費類電子產(chǎn)品對電源適配器的需求迅速增長,，電源生產(chǎn)廠商須迅速擴大自己的產(chǎn)能，另一方面是世界多國出臺的要求嚴格的節(jié)能法規(guī),，使得電源生產(chǎn)廠商在設(shè)計“綠色電源”,、進行節(jié)能降耗方面面臨著更大的壓力，大多數(shù)用傳統(tǒng)的PWM控制方式設(shè)計的電源適配器已無法達到“綠色電源”的設(shè)計要求,。所以電源生產(chǎn)廠商必須放棄傳統(tǒng)的PWM控制方式,，采用新的PWM控制技術(shù)來設(shè)計自己新的電源適配器產(chǎn)品，才能適應(yīng)不斷增長的市場需求和開關(guān)電源產(chǎn)品規(guī)范標準的新要求,，準諧振PWM控制技術(shù)就是一種能滿足電源適配器新的設(shè)計要求的解決方案,。所謂準諧振PWM控制簡單講就是控制開關(guān)管在電壓谷底開通的一種PWM控制方式，又稱為軟開關(guān)PWM控制方式,。用準諧振PWM控制器設(shè)計的電源適配器能夠容易實現(xiàn)電源轉(zhuǎn)換效率高,、噪聲小EMI成本低,、結(jié)構(gòu)簡單制造成本低、待機功耗小符合節(jié)能標準,、保護功能齊全可靠性高等許多優(yōu)點,，尤其適合設(shè)計小體積、高功率的電源適配器,。NCP1337就是安森美公司為了不斷地滿足市場對更小體積,、更高能效、更低成本的電源適配器的需求而新推出的一款高性能的準諧振控制器,，是設(shè)計高性能電源適配器的一個不錯的解決方案,。 

在此以安森美最新一款準諧振PWM控制器 NCP1337為例，介紹準諧振PWM控制器在電源適配器中的設(shè)計應(yīng)用,。

 
圖1 NCP1337典型的12V/5A電源適配器原理框圖

NCP1337準諧振PWM控制器的性能特點 

NCP1337是一款增強型的準諧振脈沖寬度調(diào)制電流模式控制器,，它結(jié)合了真正的電流模式調(diào)制器與去磁檢測器，確保電源在任何負載條件下均能工作在不連續(xù)的導電模式,。它集成了組建嚴格可靠的開關(guān)電源（SMPS）所有必要的元件和功能,，只需極少的外接元件。非常便于設(shè)計自由運行準諧振模式的電源適配器,。其主要的特征與優(yōu)點如下： 

1．自由運行的不連續(xù)模式準諧振控制,。為設(shè)計低電壓大電流輸出的簡單高效能的同步整流電路提供了可行性，從而實現(xiàn)開關(guān)電源的高轉(zhuǎn)換效率,。開通時間隨供電電壓的變化,，很容易實現(xiàn)工作頻率抖動從而將電磁干擾降低至最少，減小EMI濾波器的器件和功耗,。 
2．超低功耗,。待機時工作在最小開關(guān)頻率的紋波模式，當功率要求低于預(yù)先設(shè)置的水平通過監(jiān)察反饋引腳電壓,，進入紋波模式,，使適配器空載能耗可以符合節(jié)能標準。因為重新啟動被內(nèi)部軟啟動軟化,，頻率不會低于25kHz,，所以開關(guān)電源空載時能在低峰值電流的頻率跳變模式下無噪聲工作， 
3． 保護功能完善,。芯片內(nèi)部有短路后自動重啟動的保護電路,、開環(huán)故障檢測及過壓鎖定保護電路、限流保護電路和具有滯后特性的過熱保護電路等多種保護功能,。在過流情況下,，輸出脈沖關(guān)閉并進入安全突發(fā)模式，一旦故障消失，IC會嘗試重新啟動,，自動恢復正常工作,。 
4．內(nèi)部變壓器磁芯去磁檢測。不需要變壓器輔助繞組電壓等任何外部信號就能自動檢測功率開關(guān)管漏極的谷底電壓,，使電路設(shè)計更為簡單,。 
5．可調(diào)的過載補償?？梢员ＷC準諧振電源所提供的最大輸出功率不受輸入電壓變化的影響,。 
6．內(nèi)置兩種外部失效模式觸發(fā)比較器（禁止和鎖定）。提供稱為輸入欠壓和過 
電壓保護的整體電壓檢測功能,。也可增加其他外部故障觸發(fā)此禁止或鎖定的保護功能,。 
7．Vcc采用了動態(tài)自供電技術(shù)。內(nèi)置高電壓啟動電流源可直接由40伏至500伏直流電自供電,，無需外接損耗大的啟動電阻,。 
8．500mA峰值電流驅(qū)動能力?？芍苯域?qū)動漏極電流在15A以內(nèi)的高壓MOSFET功率開關(guān)管,。 
9．內(nèi)部置有4ms的軟啟動電路消除了傳統(tǒng)的啟動應(yīng)力?？杀ＷC開關(guān)電源在開機時內(nèi)部無電流,、電壓過沖現(xiàn)象。電流模式控制功率開關(guān)管在每個開關(guān)周期的峰值電流,，使開關(guān)電源具有良好的動態(tài)負載響應(yīng)速度,。 
10．最高工作頻率內(nèi)部限制為130kHz，低于EMI輻射標準最低頻率150kHz,。 
11．內(nèi)部前端消隱和反饋光耦可直接與IC反饋腳連接,，無需復雜的外圍電路，有效地減少了控制IC的外圍元件,。 

NCP1337典型的60瓦電源適配器設(shè)計方案 

◆ 電路的基本結(jié)構(gòu) 

用NCP1337設(shè)計的60瓦12伏/5安電源適配器,，其電路采用常見的反激式拓撲結(jié)構(gòu)，如圖2所示,。F1保險絲,、TH1為負溫度系電阻和VSR1壓敏電阻組成電源的輸入電路,，C1,、C2和L1組成EMI濾波電路，BD1為輸入級整流橋,，Cdc,、C4為輸入級濾波電容，Cb、Rb1,、Rb2,、Rb3和Rb4組成輸入過欠電壓保護和過載補償電路，Dsn,、Csn和Rsn組成尖峰電壓吸收電路,，R7、R8,、R10和Rs組成MOSFET驅(qū)動和電流采樣電路,，Q1為6安600伏高壓MOSFET功率開關(guān)管，IC1為NCP1337準諧振PWM控制器,，Da,、Ra和Ca構(gòu)成NCP1337的輔助電源電路。T1為PQ32/20鐵氧體磁芯高頻功率開關(guān)變壓器,。IC2,、IC3、R15,、R16和R17等組成次級電壓反饋電路,，T2、Dsc,、Rsc和Qsc等組成次級整流同步控制電路,Qr,、Co、Cp和Lp組成12伏整流輸出濾波電路,。C13為安規(guī)Y1電容,。

 
圖2 反激式拓撲結(jié)構(gòu)電路圖

◆ 電源適配器設(shè)計要點 

以圖2為例，介紹用NCP1337設(shè)計60瓦12伏/5安電源適配器的基本要點,。 

● 電源輸入電路 

F1為3.5安250伏交流保險絲,，其作用是在電源內(nèi)部發(fā)生異常時，防止電源輸入端出現(xiàn)大的短路電流,。TH1為負溫度系數(shù)電阻,，主要作用是減小電源開機時的沖擊電流。VSR1為470伏壓敏電阻,，主要作用是吸收輸入線路上的浪涌電壓,，防止電源內(nèi)部的器件被過壓損壞。 

● EMI共模抑制電路 

由X2電容C1,、C2和共模電感L1一起組成電源輸入端的EMI共模抑制電路,，其作用一是衰減開關(guān)電源的差模噪聲，減小EMI的輻射能量,。其作用二是抑制開關(guān)電源的共模噪聲幅度,，減小開關(guān)電源的傳導干擾。 

● 初級輸入濾波電路 

Cdc可選用普通高壓的電解電容，主要作用是對輸入電壓平滑濾波,，濾除100赫茲紋波電壓,，為開關(guān)電源提供相對穩(wěn)定的直流電壓。C4為高壓的陶瓷電容,，主要作用是濾除高頻開關(guān)噪聲,，改善電源的傳導特性。 

● 輸入過欠電壓保護和過載補償電路 

NCP1337特有的輸入電壓監(jiān)測功能,，通過Rb1,、Rb2、Rb3和Cb檢測輸入電壓來實現(xiàn)輸入過欠電壓保護功能,。電阻Rb4用來設(shè)定過載補償?shù)纳疃?，結(jié)合電流采樣電阻Rs和變壓器初級電感量可保證電源適配器在全輸入電壓范圍內(nèi)有恒定的過載功率點?？朔艘话愕碾娫催m配器在高低輸入電壓時過載功率點難以保持恒定的缺點,，從而避免了在高輸入電壓過載時會因功率偏高而過熱損壞電源適配器的問題。 

● 尖電壓吸收電路 

由Dsn,、Csn和Rsn組成的尖峰電壓吸收電路,，其主要作用是用來吸收MOSFET功率開關(guān)管在關(guān)斷時產(chǎn)生的上升沿尖峰電壓能量，減少尖峰電壓幅值,，防止功率開關(guān)管過電壓擊穿,。Rsn要求采用2W以上的功率電阻，阻值在68千歐左右,。Csn要求用低等效串聯(lián)電阻的陶瓷電容,，容量在3300皮法左右，耐壓值在400伏以上,。Dsn則要求選用超快恢復二極管,，反向耐壓值在600伏以上。 

● 輔助電源電路 

NCP1337雖然內(nèi)部有自供電系統(tǒng),，但其提供的能量受IC本身熱損耗能力的限制非常有限,，用其驅(qū)動大電流MOSFET時，仍須增加輔助電源,。Da,、Ra和Ca就是用來構(gòu)成NCP1337的輔助電源。同時NCP1337還能通過輔助電源電壓來監(jiān)測輸出電壓從而實現(xiàn)輸出過電壓保護功能,。 

● 次級同步整流控制電路 

T2,、Dsc、Rsc和Qsc等組成次級同步整流的控制電路,。T2為電流互感器,，Qsc、Qsc1和Qsc2為普通的PNP,、NPN三極管,，電阻Rsc用于電流互感器磁芯復位。當次級回路有電流經(jīng)整流MOSFET寄生二極管通過T2的原邊時,，T2的副邊就會產(chǎn)生感應(yīng)電壓,，此電壓經(jīng)Dsc整流后在Rsc1上產(chǎn)生一驅(qū)動電壓再經(jīng)Qsc、Qsc1和Qsc2電流放大后驅(qū)動整流MOSFET導通,。由于準諧振電源是工作在非連續(xù)模式,，所以控制電路一定是在整流MOSFET管漏極電流到零時才關(guān)斷整流MOSFET管。這樣整流MOSFET管的關(guān)斷損耗幾乎減小到零,，這樣大大提升了同步整流的效果,。 

● 次級整流輸出濾波電路 

在Qr、Co,、Cp和Lp一起組成的12伏整流輸出濾波電路中,，MOSFET管Qr替代傳統(tǒng)的肖特基二極管作整流用，因MOSFET管的導通損耗遠小于肖特基二極管,，從而提高了整個電源的轉(zhuǎn)換效率,，尤其在大電流輸出時效率提升的效果更加明顯。當然在大功率高輸出電壓的情況下,，由于輸出電流小,，整流仍可選用快恢復二極管。而Co,、Cp和Lp就構(gòu)成了12伏直流輸出的Л型濾波電路,。Co、Cp的主要作用是平滑濾波,。鑒于Co,、Cp和Lp的等效串聯(lián)電阻（ESR）直接影響輸出電壓的紋波電壓大小，因此,，要盡量選擇低ESR值的電解電容和電感,。 

● 隔離電壓反饋取樣電路 

IC2選用普通隔離光耦，如PC817,。IC3為2.5伏基準電壓源,，提供12伏輸出電壓的參考電壓，電阻R15,、R16用來設(shè)定輸出電壓的大小,，電阻R17提供IC2的工作電流。電阻R18為IC3提供直流偏置,。 

◆ 準諧振電源適配器的開關(guān)變壓器設(shè)計要點 

高頻開關(guān)變壓器是開關(guān)電源核心器件之一,，其參數(shù)的設(shè)計直接影響到開關(guān)電源的許多性能,。設(shè)計時須全面綜合考慮開關(guān)電源各個方面因素。因準諧振電源只會工作在不連續(xù)模式,，開關(guān)變壓器電感量的設(shè)計應(yīng)符合電源的最高工作頻率和最低工作頻率的要求,。又因電源適配器的散熱條件差，變壓器磁芯的體積必須足夠大,，對于輸出功為60瓦的電源適配器,，變壓器磁芯的體積須大于或等于PQ32/20磁芯。匝比的選擇應(yīng)結(jié)合需要的最大占空比,、功率開關(guān)管和次級整流二極管的反向耐壓值來考慮,。

 
圖３ 用NCP1337設(shè)計的一款60W電源適配器

用NCP1337設(shè)計的準諧振電源適配器的性能優(yōu)點 

綜上所述，用NCP1337準諧振PWM控制器設(shè)計的電源適配器,，由于它次級采用了整流同步電路和功率MOSFET開關(guān)管在漏極電壓谷底開通,，功率器上的損耗大大減小，所需散熱片的體積也大大減小,。即使是12伏5安低壓大電流輸出的電源適配器的效率也可保持86%以上,。同時由于MOSFET開關(guān)管在漏極電壓谷底開通和工作頻率隨直流供電電壓的紋波而抖動，把電磁輻射干擾（EMI）也減至最少,，從而簡化了EMI電路和適配器內(nèi)部的空間結(jié)構(gòu),，節(jié)省EMI器件成本和組裝成本。NCP1337獨有的輸入電壓檢測功能,，既可容易實現(xiàn)輸入電壓的過欠壓保護,，又可提供過載補償功能，可任意設(shè)定不隨輸入電壓變化的恒定的過載功率,。NCP1337還帶有紋波模式的跳頻技術(shù),，可實現(xiàn)無噪聲的低待機功耗狀態(tài)，60瓦電源適配器的待機能耗可降至0.5瓦以下,。它與采用傳通的硬開關(guān)PWM控制方式設(shè)計的電源適配器相比,，不但各方面電氣性能有顯著提高，而且整機成本也有較大的優(yōu)勢,。 

結(jié)束語 

NCP1337是一款被優(yōu)化的新型準諧振控制器,，用其設(shè)計的60瓦12伏5安電源適配器不僅能達到86%以上 的高轉(zhuǎn)換效率，同時也可實現(xiàn)低待機功率,，符合CEC,、美國能源之星及歐洲Code of Conduct（COC）等的要求。在待機模式下能耗小于0.5瓦,，進一步節(jié)省電源（適配器大多數(shù)時間均處于待機模式）,。這款設(shè)計針對要求高能效和小體積的電源適配器來講是一款最優(yōu)化的低成本高性價比的解決方案?？蓮V泛應(yīng)用于液晶電視和顯示器,、筆記本電腦,、電池充電器和其他消費電子產(chǎn)品。 

另外,，德州儀器(TI)的UCC28600, 英飛凌(Infineon)的 ICE1QS01,，飛利浦半導體(Philips Semiconductor)的TEA1532等PWM控制器與安森美的NCP1337有著類似的功效，且都有各自不同的特點,。在設(shè)計準諧振電源適配器時可根據(jù)自己的產(chǎn)品要求靈活選擇使用