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(shí)EMI電磁輻射的屏蔽也是一個(gè)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(jì)的，存在開關(guān)噪聲大、EMI屏蔽結(jié)構(gòu)復(fù)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(jī)功耗大無(wú)法達(dá)到節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，保護(hù)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(gè)國(guó)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(rèn)證項(xiàng)目、美國(guó)加州能源委員會(huì)(CEC)、歐盟行為準(zhǔn)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(duì)于想要出口歐美等地的電源產(chǎn)品，滿足國(guó)際強(qiáng)制執(zhí)行的待機(jī)功耗法規(guī)和安全認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)非常重要。例如，全球范圍內(nèi)倡議待機(jī)功耗低于1瓦；UL安規(guī)認(rèn)證，CE安規(guī)認(rèn)證等。一方面是消費(fèi)類電子產(chǎn)品對(duì)電源適配器的需求迅速增長(zhǎng)，電源生產(chǎn)廠商須迅速擴(kuò)大自己的產(chǎn)能，另一方面是世界多國(guó)出臺(tái)的要求嚴(yán)格的節(jié)能法規(guī)，使得電源生產(chǎn)廠商在設(shè)計(jì)“綠色電源”、進(jìn)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(jì)的電源適配器已無(wú)法達(dá)到“綠色電源”的設(shè)計(jì)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(jì)自己新的電源適配器產(chǎn)品，才能適應(yīng)不斷增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求和開關(guān)電源產(chǎn)品規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的新要求，準(zhǔn)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(jì)要求的解決方案。所謂準(zhǔn)諧振PWM控制簡(jiǎn)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(zhǔn)諧振PWM控制器設(shè)計(jì)的電源適配器能夠容易實(shí)現(xiàn)電源轉(zhuǎn)換效率高、噪聲小EMI成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單制造成本低、待機(jī)功耗小符合節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)、保護(hù)功能齊全可靠性高等許多優(yōu)點(diǎn)，尤其適合設(shè)計(jì)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(chǎng)對(duì)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(zhǔn)諧振控制器，是設(shè)計(jì)高性能電源適配器的一個(gè)不錯(cuò)的解決方案。 

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

 
圖1 NCP1337典型的12V/5A電源適配器原理框圖

NCP1337準(zhǔn)諧振PWM控制器的性能特點(diǎn) 

NCP1337是一款增強(qiáng)型的準(zhǔn)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(cè)器，確保電源在任何負(fù)載條件下均能工作在不連續(xù)的導(dǎo)電模式。它集成了組建嚴(yán)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(jì)自由運(yùn)行準(zhǔn)諧振模式的電源適配器。其主要的特征與優(yōu)點(diǎn)如下： 

1．自由運(yùn)行的不連續(xù)模式準(zhǔn)諧振控制。為設(shè)計(jì)低電壓大電流輸出的簡(jiǎn)單高效能的同步整流電路提供了可行性，從而實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源的高轉(zhuǎn)換效率。開通時(shí)間隨供電電壓的變化，很容易實(shí)現(xiàn)工作頻率抖動(dòng)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(jī)時(shí)工作在最小開關(guān)頻率的紋波模式，當(dāng)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(jìn)入紋波模式，使適配器空載能耗可以符合節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)橹匦聠?dòng)被內(nèi)部軟啟動(dòng)軟化，頻率不會(huì)低于25kHz，所以開關(guān)電源空載時(shí)能在低峰值電流的頻率跳變模式下無(wú)噪聲工作， 
3． 保護(hù)功能完善。芯片內(nèi)部有短路后自動(dòng)重啟動(dòng)的保護(hù)電路、開環(huán)故障檢測(cè)及過壓鎖定保護(hù)電路、限流保護(hù)電路和具有滯后特性的過熱保護(hù)電路等多種保護(hù)功能。在過流情況下，輸出脈沖關(guān)閉并進(jìn)入安全突發(fā)模式，一旦故障消失，IC會(huì)嘗試重新啟動(dòng)，自動(dòng)恢復(fù)正常工作。 
4．內(nèi)部變壓器磁芯去磁檢測(cè)。不需要變壓器輔助繞組電壓等任何外部信號(hào)就能自動(dòng)檢測(cè)功率開關(guān)管漏極的谷底電壓，使電路設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)單。 
5．可調(diào)的過載補(bǔ)償。可以保證準(zhǔn)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(hù)的整體電壓檢測(cè)功能。也可增加其他外部故障觸發(fā)此禁止或鎖定的保護(hù)功能。 
7．Vcc采用了動(dòng)態(tài)自供電技術(shù)。內(nèi)置高電壓?jiǎn)?dòng)電流源可直接由40伏至500伏直流電自供電，無(wú)需外接損耗大的啟動(dòng)電阻。 
8．500mA峰值電流驅(qū)動(dòng)能力?？芍苯域?qū)動(dòng)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(dòng)電路消除了傳統(tǒng)的啟動(dòng)應(yīng)力。可保證開關(guān)電源在開機(jī)時(shí)內(nèi)部無(wú)電流、電壓過沖現(xiàn)象。電流模式控制功率開關(guān)管在每個(gè)開關(guān)周期的峰值電流，使開關(guān)電源具有良好的動(dòng)態(tài)負(fù)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(biāo)準(zhǔn)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(wú)需復(fù)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(jì)方案 

◆ 電路的基本結(jié)構(gòu) 

用NCP1337設(shè)計(jì)的60瓦12伏/5安電源適配器，其電路采用常見的反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖2所示。F1保險(xiǎn)絲、TH1為負(fù)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(jí)整流橋，Cdc、C4為輸入級(jí)濾波電容，Cb、Rb1、Rb2、Rb3和Rb4組成輸入過欠電壓保護(hù)和過載補(bǔ)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(dòng)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(zhǔn)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(jí)電壓反饋電路，T2、Dsc、Rsc和Qsc等組成次級(jí)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路圖

◆ 電源適配器設(shè)計(jì)要點(diǎn) 

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

● 電源輸入電路 

F1為3.5安250伏交流保險(xiǎn)絲，其作用是在電源內(nèi)部發(fā)生異常時(shí)，防止電源輸入端出現(xiàn)大的短路電流。TH1為負(fù)溫度系數(shù)電阻，主要作用是減小電源開機(jī)時(shí)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(dǎo)干擾。 

● 初級(jí)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(duì)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(duì)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(dǎo)特性。 

● 輸入過欠電壓保護(hù)和過載補(bǔ)償電路 

NCP1337特有的輸入電壓監(jiān)測(cè)功能，通過Rb1、Rb2、Rb3和Cb檢測(cè)輸入電壓來實(shí)現(xiàn)輸入過欠電壓保護(hù)功能。電阻Rb4用來設(shè)定過載補(bǔ)償?shù)纳疃?，結(jié)合電流采樣電阻Rs和變壓器初級(jí)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(diǎn)?？朔艘话愕碾娫催m配器在高低輸入電壓時(shí)過載功率點(diǎn)難以保持恒定的缺點(diǎn)，從而避免了在高輸入電壓過載時(shí)會(huì)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(shí)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(fù)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(dòng)大電流MOSFET時(shí)，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(shí)NCP1337還能通過輔助電源電壓來監(jiān)測(cè)輸出電壓從而實(shí)現(xiàn)輸出過電壓保護(hù)功能。 

● 次級(jí)同步整流控制電路 

T2、Dsc、Rsc和Qsc等組成次級(jí)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(fù)位。當(dāng)次級(jí)回路有電流經(jīng)整流MOSFET寄生二極管通過T2的原邊時(shí)，T2的副邊就會(huì)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(dòng)電壓再經(jīng)Qsc、Qsc1和Qsc2電流放大后驅(qū)動(dòng)整流MOSFET導(dǎo)通。由于準(zhǔn)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(shí)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(jí)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(dǎo)通損耗遠(yuǎn)小于肖特基二極管，從而提高了整個(gè)電源的轉(zhuǎn)換效率，尤其在大電流輸出時(shí)效率提升的效果更加明顯。當(dāng)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(fù)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(zhǔn)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(zhǔn)諧振電源適配器的開關(guān)變壓器設(shè)計(jì)要點(diǎn) 

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(jì)直接影響到開關(guān)電源的許多性能。設(shè)計(jì)時(shí)須全面綜合考慮開關(guān)電源各個(gè)方面因素。因準(zhǔn)諧振電源只會(huì)工作在不連續(xù)模式，開關(guān)變壓器電感量的設(shè)計(jì)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(duì)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(jí)整流二極管的反向耐壓值來考慮。

 
圖３ 用NCP1337設(shè)計(jì)的一款60W電源適配器

用NCP1337設(shè)計(jì)的準(zhǔn)諧振電源適配器的性能優(yōu)點(diǎn) 

綜上所述，用NCP1337準(zhǔn)諧振PWM控制器設(shè)計(jì)的電源適配器，由于它次級(jí)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(shí)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(dòng)，把電磁輻射干擾（EMI）也減至最少，從而簡(jiǎn)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(dú)有的輸入電壓檢測(cè)功能，既可容易實(shí)現(xiàn)輸入電壓的過欠壓保護(hù)，又可提供過載補(bǔ)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(shí)現(xiàn)無(wú)噪聲的低待機(jī)功耗狀態(tài)，60瓦電源適配器的待機(jī)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(jì)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(jī)成本也有較大的優(yōu)勢(shì)。 

結(jié)束語(yǔ) 

NCP1337是一款被優(yōu)化的新型準(zhǔn)諧振控制器，用其設(shè)計(jì)的60瓦12伏5安電源適配器不僅能達(dá)到86%以上 的高轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)也可實(shí)現(xiàn)低待機(jī)功率，符合CEC、美國(guó)能源之星及歐洲Code of Conduct（COC）等的要求。在待機(jī)模式下能耗小于0.5瓦，進(jìn)一步節(jié)省電源（適配器大多數(shù)時(shí)間均處于待機(jī)模式）。這款設(shè)計(jì)針對(duì)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(jià)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(fèi)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(dǎo)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(diǎn)。在設(shè)計(jì)準(zhǔn)諧振電源適配器時(shí)可根據(jù)自己的產(chǎn)品要求靈活選擇使用