電源適配器市場(chǎng)的趨勢(shì)暨安森美半導(dǎo)體解決方案

　　電源適配器主要包括兩類，一類是內(nèi)部交流/直流(AC/DC)電源轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置在電子產(chǎn)品內(nèi)部，可能擁有多路輸出電壓，如臺(tái)式計(jì)算機(jī)內(nèi)部電源等；另一類是外部單路輸出AC/DC或交流/交流(AC/AC)電源適配器，擁有單路輸出電壓，通常簡(jiǎn)稱為外部電源(EPS)，廣泛用于打印機(jī)、筆記本、LCD顯示器和游戲機(jī)等應(yīng)用。

電源適配器的通用市場(chǎng)趨勢(shì)

　　從通用市場(chǎng)來(lái)看，電源適配器主要體現(xiàn)出一些重要趨勢(shì)。一是工作能效和待機(jī)(空載)能耗要求更高。例如，美國(guó)環(huán)保署(EPA)“能源之星”項(xiàng)目于2008年4月發(fā)布了針對(duì)外部電源的2.0版規(guī)范，從表1的對(duì)比中可以看出2.0版規(guī)范的要求高于1.1版規(guī)范。這針對(duì)外部電源的EPA 2.0版規(guī)范將于2008年11月1日開始生效。

　　而在臺(tái)式計(jì)算機(jī)電源等內(nèi)部電源方面，“能源之星” 的4.0版規(guī)范(EPA 4.0)的第一階段要求自2007年7月20日開始生效。該規(guī)范要求臺(tái)式機(jī)在20%、50%和100%負(fù)載條件下的能效最低達(dá)80%。此外，更新的5.0版規(guī)范第一階段要求將于2009年7月1日開始生效，將要求使用內(nèi)部電源的計(jì)算機(jī)在50%負(fù)載條件下工作效率最低達(dá)85%，而在20%和100%負(fù)載條件下最低效率達(dá)到82%。

　　除了“能源之星”這類的業(yè)界能效規(guī)范要求，某些大型的OEM客戶可能還會(huì)有自己獨(dú)特的工作能效和能耗要求。例如，針對(duì)計(jì)算機(jī)電源的EPA 4.0規(guī)范對(duì)于使用外部電源的筆記本電腦和平板電腦的要求主要體現(xiàn)在待機(jī)能耗(≤1.0 W)、休眠能耗(≤1.7 W)等方面；相比較而言，戴爾針對(duì)這類電源的要求主要體現(xiàn)在不同特定負(fù)載條件下的能效，即在0.7 W(輸入功率Pin < 1 W)、1.5 W (Pin <2 W)、10.7 W (Pin < 12.6 W)和17 W (Pin < 20 W)負(fù)載條件下，能效分別要高于70%、75%、85%和85%。

　　值得一提的是，有關(guān)能效規(guī)范未來(lái)仍將不斷提高要求和演進(jìn)。以筆記本電腦AC-DC電源適配器為例，目前業(yè)界在空載模式能耗方面的較高水平約在300 mW以上，而未來(lái)空載模式下150 mW的能耗可能成為目標(biāo)。而且，有關(guān)多輸出適配器的要求也可能被納入標(biāo)準(zhǔn)之中。

　　電源適配器市場(chǎng)的另外一個(gè)重要趨勢(shì)，是客戶需要具有更高輸出功率、更小體積的適配器，這就涉及到新拓?fù)浼夹g(shù)的使用。采用安森美半導(dǎo)體的NCP1605 功率因數(shù)校正(PFC)控制器和NCP1396諧振模式控制器可用于設(shè)計(jì)200 W臺(tái)式適配器或是300 W適配器。而從筆記本適配器而言，其功率要求已經(jīng)從50 W至70 W范圍上升到超過(guò)100 W等級(jí)。另外，諸如蘋果MacBook Air和聯(lián)想ThinkPad X300等新型超便攜筆記本的電源適配器也更小更輕。

　　除了這些趨勢(shì)，另外一個(gè)值得注意的動(dòng)向是，在“能源之星”針對(duì)外部電源的正式2.0版規(guī)范中對(duì)功率因數(shù)(PF)限制的放松。實(shí)際上，根據(jù)已經(jīng)在歐洲和日本實(shí)施的IEC61000-3-2諧波電流減少標(biāo)準(zhǔn)，功率大于75 W的適配器應(yīng)用中需要PFC。目前市場(chǎng)上既有傳統(tǒng)的“功率因數(shù)校正+脈寬調(diào)制”(PFC+PWM)兩段式架構(gòu)，也有將這兩段融合為一段的單段PFC式架構(gòu)。兩段式架構(gòu)能夠在115 Vac和230 Vac條件下都實(shí)現(xiàn)0.9的功率因數(shù)，而且動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和紋波方面的性能更佳，但這種架構(gòu)是一種資源密集型設(shè)計(jì)，會(huì)采用更多的元器件，如控制IC、電感和MOSFET等，而且可能會(huì)導(dǎo)致工作模式下能效的下降；相比較而言，另一種單段式PFC架構(gòu)將PWM段和PFC段融合在一起，減少了控制IC、電感和MOSFET的使用，實(shí)現(xiàn)了能效的提升和顯著的成本降低。只不過(guò)，單段式PFC架構(gòu)的外部電源在230 Vac測(cè)試條件下，功率因數(shù)通常只大于0.8，離0.9的限制還有不少距離，要實(shí)現(xiàn)0.9的功率因數(shù)限制要求，需要對(duì)電路進(jìn)行一些修改，但這種修改又會(huì)損失幾個(gè)百分點(diǎn)的能效。               

圖1：?jiǎn)味蜳FC架構(gòu)的適配器結(jié)構(gòu)示意圖。

　　因此，針對(duì)外部電源的“能源之星”正式2.0版規(guī)范中，將功率因數(shù)要求限制在輸入功率大于100 W的外部電源和115 Vac電壓的測(cè)試條件，而對(duì)230 Vac則不作要求；設(shè)計(jì)用于同時(shí)能夠工作在115 Vac和230 Vac條件下的外部電源在功率因數(shù)方面只需要滿足115 Vac條件下的測(cè)試要求。這樣一來(lái)，具有更高性價(jià)比、適合電源適配器等應(yīng)用的單段式PFC將贏來(lái)更大的發(fā)展動(dòng)力。

電源適配器面臨的挑戰(zhàn)

　　綜合以上電源適配器的通用市場(chǎng)趨勢(shì)，我們可以得出結(jié)論，電源適配器所面臨的主要挑戰(zhàn)在于：

　　·降低空載輸入功率；
　　·提高總體能效；
　　·特別針對(duì)筆記本適配器則言，注意待機(jī)、休眠和空閑等不同模式下的能效；
　　·改善功率因數(shù)；

　　下面我們將按照不同功率等級(jí)的應(yīng)用，分享安森美半導(dǎo)體的相關(guān)解決方案。

安森美半導(dǎo)體電源適配器解決方案

　　1)輸入功率小于75 W的適配器應(yīng)用
　　如上所述，在輸入功率小于75 W時(shí)，外部電源無(wú)需PFC，系統(tǒng)主要只是PWM段，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。這種情況下，通常采用的是反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，適配器既能工作在固定頻率(FF)，也能工作在可變頻率(VF)的控制器(特別是就準(zhǔn)諧振模式而言)。在額定負(fù)載和輕載條件下，要同時(shí)實(shí)現(xiàn)較高能效，關(guān)鍵就在于要采用能夠根據(jù)負(fù)載狀況調(diào)整工作模式的智能控制器。

圖2：功率小于75 W的電源適配器架構(gòu)

　　針對(duì)這類應(yīng)用，安森美半導(dǎo)體推出了一系列的PWM控制器解決方案。其中，就功率介于10 W至50 W范圍的應(yīng)用而言，可以采用NCP1351和NCP1216等器件。其中，NCP1351采用固定導(dǎo)通時(shí)間、可變關(guān)閉時(shí)間電流模式控制技術(shù)，會(huì)在負(fù)載變低時(shí)降低開關(guān)頻率，可以提供卓越的空載能耗，并在輕載條件下提供最佳的能效表現(xiàn)；當(dāng)頻率下降時(shí)，峰值電流逐漸下降到最大峰值電流的大約30%，能夠避免變壓器發(fā)生機(jī)械共振，從而大幅消除可聽噪聲，并保持良好的待機(jī)能耗表現(xiàn)。值得一提的是，安森美半導(dǎo)體推出了基于NCP1351的GreenPointTM 40 W打印機(jī)電源適配器參考設(shè)計(jì)。這參考設(shè)計(jì)的待機(jī)能耗低于150 mW，而目前常用的40 W打印機(jī)在相似情況下能耗約為450 mW。在額定負(fù)載條件下，該設(shè)計(jì)的能效高達(dá)85%；而其采用的頻率反走技術(shù)，也令其在高于2 W的輕載條件下能效高于80%。除了NCP1351和NCP1216，安森美半導(dǎo)體還將推出NCP1217和NCP1380等新器件。