前言

　　在人們?nèi)粘Ｉ罟ぷ髦杏?jì)算機(jī)消耗的電能非?？捎^，故業(yè)界十分關(guān)注計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的節(jié)能降耗,。關(guān)注計(jì)算機(jī)能效的各標(biāo)準(zhǔn)組織及規(guī)范也相繼登場,，如美國“能源之星” 、80 PLUS,、計(jì)算產(chǎn)業(yè)拯救氣候行動(dòng)(CSCI)等,。這些能效規(guī)范為計(jì)算機(jī)ATX" title="ATX">ATX電源" title="電源">電源設(shè)計(jì)人員帶來越來越高的挑戰(zhàn)，使他們面對很重的技術(shù)及市場壓力,，特別是需要高性價(jià)比地將在真實(shí)世界條件下具有極高能效的ATX電源推向市場,。

　　幸好，如安森美半導(dǎo)體這樣的領(lǐng)先供應(yīng)商不斷推出更高能效的ATX電源參考設(shè)計(jì),。早在2005年,，安森美半導(dǎo)體就推出了業(yè)界首款獲得80 PLUS認(rèn)證的ATX電源公開參考設(shè)計(jì)，這參考設(shè)計(jì)中提供的文檔包括功能框圖和全部示意圖,、物料單(BOM),、電路板布線圖、設(shè)計(jì)描述,、性能測試結(jié)果以及源自第三方的性能驗(yàn)證,。隨著，安森美半導(dǎo)體于2007年推出第二代的   80 PLUS認(rèn)證ATX參考設(shè)計(jì),，采用新的元器件及設(shè)計(jì)技術(shù),，提供更高的能效,。而在2009年，安森美半導(dǎo)體更推出第三代的80 PLUS銀級能效(完整負(fù)載范圍及交流電壓條件下能效達(dá)85%)的ATX公開參考設(shè)計(jì)(見圖1),，這參考設(shè)計(jì)在真實(shí)世界而非僅是實(shí)驗(yàn)室工作條件下,，提供更高的能效，并且它的配置可立即投入生產(chǎn),，讓計(jì)算機(jī)電源制造商能以高性價(jià)比向市場推出在真實(shí)世界條件下能效極高的綠色ATX電源,。

圖1：安森美半導(dǎo)體85 PLUS銀級能效ATX電源參考設(shè)計(jì)功能框圖。

　　規(guī)范及要求

　　這參考設(shè)計(jì)遵從ATX12 V 2.2版電源指南及規(guī)范,，超越了80 PLUS銀級,、“能源之星”、CSCI第三階段規(guī)范中對多輸出臺式計(jì)算機(jī)電源的能效目標(biāo)(見表1),。

　　這參考設(shè)計(jì)的其它關(guān)鍵參數(shù)的目標(biāo)規(guī)范包括：

　　輸入電壓：通用交流主電源：90 Vac至265 Vac,，頻率47至63 Hz

　　安全特性：根據(jù)ATX12V 2.2版電源指引，這參考設(shè)計(jì)包含過壓保護(hù)(OVP" title="OVP">OVP),、欠壓保護(hù)(UVP)和過流保護(hù)(OCP)等保護(hù)特性

表1：臺式計(jì)算機(jī)多輸出電源能效目標(biāo)概覽,。

　　電源架構(gòu)

　　總的來說，支持安森美半導(dǎo)體這第三代ATX平臺的半導(dǎo)體元器件包括NCP1654 PFC控制器,、NCP1396 HB LLC控制器,、NCP4302同步整流控制器、NCP1027待機(jī)控制器,、NCP1587帶同步整流的DC-DC控制器,，以及由NCP1587驅(qū)動(dòng)的NTD4890單N溝道功率MOSFET。

　　1)初級端：PFC段

　　按電流工作特性來分,，PFC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有多種,，如非連續(xù)導(dǎo)電模式(DCM)、臨界導(dǎo)電模式(CrM)和連續(xù)導(dǎo)電模式(CCM),。在本參考設(shè)計(jì)所涉及的功率等級,，首選CCM拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而NCP1654用于實(shí)現(xiàn)符合IEC61000-3-2標(biāo)準(zhǔn),、固定頻率,、峰值電流模式或平均電流模式的PFC升壓轉(zhuǎn)換器，而外圍元件極少,。這PFC段為第二段的諧振半橋雙電感加單電容(HB LLC)轉(zhuǎn)換器NCP1396提供恒定的385 V輸出電壓,。

　　2)初級端：HB LLC轉(zhuǎn)換器

　　HB LLC轉(zhuǎn)換器段的核心是NCP1396諧振模式控制器。這控制器采用專有的高壓技術(shù),，包含一顆“充當(dāng)啟動(dòng)電路(bootstrapped)”的MOSFET驅(qū)動(dòng)器用于半橋應(yīng)用,，接受達(dá)600 V的大電壓。 這控制器提供多種保護(hù)特性，如立即關(guān)閉或基于定時(shí)器時(shí)間的關(guān)閉,、輸入欠壓保護(hù),、光耦合器斷路檢測等，既提供了轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)的安全性,，也不會增加電路的復(fù)雜度,。

　　3)次級端：同步整流

　　諧振HB LLC轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的12 V輸出采用專有的同步整流機(jī)制來整流，使用NCP4302和2顆外部單N溝道MOSFET,。

　　4)次級端：DC-DC轉(zhuǎn)換段

　　直流-直流(DC-DC)轉(zhuǎn)換段采用兩顆相同的 DC-DC控制器來將12 V電壓向下轉(zhuǎn)換至+5 V,、3.3 V及-12 V。所用的DC-DC控制器是低成本的脈寬調(diào)制(PWM)控制器NCP1587,。這器件是采用極小型表面貼裝8引腳封裝的低壓同步降壓控制器,。NCP1587能夠產(chǎn)生低至0.8 V的輸出電壓，提供1 A門極驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)及內(nèi)部設(shè)定的275 kHz振蕩器,。這門極驅(qū)動(dòng)器其它提高能效的特性包括自適應(yīng)非交疊電路,。NCP1587還集成了外部補(bǔ)償誤差變壓器及電容可編程軟啟動(dòng)功能。保護(hù)特性包括可編程短路保護(hù)和欠壓鎖定,。每個(gè)控制器都采用同步整流機(jī)制,，各驅(qū)動(dòng)兩顆NTD4809(30 V、58 A,、單N溝道功率MOSFET)元件,。-+5 V輸出軌使用小的分立轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生12 V輸出。

　　5)次級端：監(jiān)測及監(jiān)控段

　　在次級端,，四路直流輸出+5 V,、+3.3 V、+12 VA和+12 VB均采用專用監(jiān)控控制器來監(jiān)控,，這控制器還提供過流保護(hù)、過壓保護(hù),、欠壓保護(hù)等功能,，并產(chǎn)生功率良好(PG)邏輯信號。

　　6)待機(jī)電源

　　集成反激轉(zhuǎn)換器NCP1027提供12 W待機(jī)能效率,，為另一個(gè)隔離的5 V電壓軌供電,。這器件集成了固定頻率電流模式控制器和700 V高壓MOSFET。在輕載條件下,，這IC將工作在跳周期模式,，因而降低開關(guān)損耗，并在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)提供高能效,。

　　模擬真實(shí)世界條件下的能效測試結(jié)果

　　我們在20%,、50%和100%這三種負(fù)載條件下，100 Vac,、115 Vac,、230 Vac和240 Vac四種不同交流線路電壓下測試了這參考設(shè)計(jì)的能效,。實(shí)際上，相關(guān)認(rèn)證中并未規(guī)定線纜長度,，導(dǎo)致某些制造商宣稱的能效水平是直接在電源輸出端(或是采用不切實(shí)際的線纜長度)測得的?，F(xiàn)實(shí)中，可工作的臺式PC的外形因數(shù)及設(shè)計(jì),，意指電源和電能提供點(diǎn)之間的線纜長度通常測得為約16英寸(41厘米),，因此，是總損耗的構(gòu)成因素,。而安森美半導(dǎo)體的這些測試結(jié)果是在41厘米長線纜的末端測得的,，與真實(shí)世界工作條件相仿。

　　1)總能效

　　這參考設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)所有負(fù)載條件下高于85%的能效,，符合80 PLUS銀級能效要求,，見表2。

表2：不同負(fù)載條件下的總能效測試結(jié)果,。

　　2)功率因數(shù)

　　50%及100%負(fù)載條件下的功率因數(shù)均高于0.9,，符合80 PLUS銀級能效要求，見表3,。

表3：各種負(fù)載條件下的功率因數(shù),。

　　3)待機(jī)能耗

　　各種交流輸入條件下待機(jī)能耗均低于1 W，符合多種規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的待機(jī)能耗要求,。

表4：待機(jī)能耗測試結(jié)果,。

　　總結(jié)：

　　基于安森美半導(dǎo)體NCP1654、NCP1396,、NCP4302,、NCP1027和NCP1587等關(guān)鍵元器件構(gòu)建的255 W ATX電源參考設(shè)計(jì)在極寬交流輸入條件、不同負(fù)載條件及41厘米線纜末端測試下均測出高于85%的能效,，且在50%和100%負(fù)載條件下功率因數(shù)均高于0.9,，滿足并超越80 PLUS銀級能效規(guī)范要求。這參考設(shè)計(jì)還在寬輸入條件下測得遠(yuǎn)低于1 W的待機(jī)能耗,，符合多種待機(jī)能耗標(biāo)準(zhǔn)的要求,。這真實(shí)世界條件下的極高能效不僅確保符合最新的全球能效標(biāo)準(zhǔn)，更解決客戶實(shí)際工作條件下的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn),，客戶可采用這參考設(shè)計(jì)的配置立即生產(chǎn)臺式PC,，加快上市進(jìn)程。

　　參考資料：

　　1,、255 W, 80 PLUS® Silver Certified ATX Power Supply GreenPoint® Reference Design,，http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/TND359-D.PDF，安森美半導(dǎo)體

　　2、《超出數(shù)據(jù)表-真實(shí)世界條件下的PC能效》,，Eric Glatfelter,、Juan Carlos Pastrana和Laurent Jenck，安森美半導(dǎo)體