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安森美半导体 80 PLUS 银级能效 255 W ATX 电源参考设计概览
前言 在人们日常生活工作中计算机消耗的电能非常可观,故业界十分关注计算机领域的节能降 耗.关注计算机能效的各标准组织及规范也相继登场,如美国"能源之星" ,80 PLUS, 计算产业拯救气候行动(CSCI)等.这些能效规范为计算机 ATX 电源设计人员带来越来越高 的挑战, 使他们面对很重的技术及市场压力, 特别是需要高性价比地将在真实世界条件下具 有极高能效的 ATX 电源推向市场. 幸好, 如安森美半导体这样的领先供应商不断推出更高能效的 ATX 电源参考设计. 早在 2005 年,安森美半导体就推出了业界首款获得 80 PLUS 认证的 ATX 电源公开参考设计,这参考 设计中提供的文档包括功能框图和全部示意图,物料单(BOM),电路板布线图,设计描述, 性能测试结果以及源自第三方的性能验证.随着,安森美半导体于 2007 年推出第二代的 80 PLUS 认证 ATX 参考设计,采用新的元器件及设计技术,提供更高的能效.而在 2009 年, 安森美半导体更推出第三代的 80 PLUS 银级能效(完整负载范围及交流电压条件下能效 达 85%)的 ATX 公开参考设计(见图 1), 这参考设计在真实世界而非仅是实验室工作条件下, 提供更高的能效, 并且它的配置可立即投入生产, 让计算机电源制造商能以高性价比向市场 推出在真实世界条件下能效极高的绿色 ATX 电源.
图 1:安森美半导体 85 PLUS 银级能效 ATX 电源参考设计功能框图. 规范及要求 这参考设计遵从 ATX12 V 2.2 版电源指南及规范, 超越了 80 PLUS 银级, 能源之星" CSCI " , 第三阶段规范中对多输出台式计算机电源的能效目标(见表 1). 这参考设计的其它关键参数的目标规范包括: 输入电压:通用交流主电源:90 Vac至265 Vac,频率47至63 Hz 安全特性:根据ATX12V 2.2版电源指引,这参考设计包含过压保护(OVP),欠压保护(UVP) 和过流保护(OCP)等保护特性
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表 1:台式计算机多输出电源能效目标概览. 电源架构 总的来说,支持安森美半导体这第三代 ATX 平台的半导体元器件包括 NCP1654 PFC 控制 器, NCP1396 HB LLC 控制器, NCP4302 同步整流控制器, NCP1027 待机控制器, NCP1587 以及由 NCP1587 驱动的 NTD4890 单 N 沟道功率 MOSFET. 带同步整流的 DC-DC 控制器, 1)初级端:PFC 段 按电流工作特性来分, PFC 拓扑结构有多种, 如非连续导电模式(DCM), 临界导电模式(CrM) 和连续导电模式(CCM). 在本参考设计所涉及的功率等级, 首选 CCM 拓扑结构, NCP1654 而 用于实现符合 IEC61000-3-2 标准,固定频率,峰值电流模式或平均电流模式的 PFC 升压 转换器,而外围元件极少.这 PFC 段为第二段的谐振半桥双电感加单电容(HB LLC)转换器 NCP1396 提供恒定的 385 V 输出电压. 2)初级端:HB LLC 转换器 HB LLC转换器段的核心是NCP1396谐振模式控制器.这控制器采用专有的高压技术,包含 一颗"充当启动电路(bootstrapped)"的MOSFET驱动器用于半桥应用,接受达600 V的大 电压. 这控制器提供多种保护特性,如立即关闭或基于定时器时间的关闭,输入欠压保护, 光耦合器断路检测等,既提供了转换器设计的安全性,也不会增加电路的复杂度. 3)次级端:同步整流 谐振HB LLC转换器产生的12 V输出采用专有的同步整流机制来整流,使用NCP4302和2颗 外部单N沟道MOSFET. 4)次级端:DC-DC转换段 直流-直流(DC-DC)转换段采用两颗相同的 DC-DC控制器来将12 V电压向下转换至+5 V, 3.3 V及-12 V.所用的DC-DC控制器是低成本的脉宽调制(PWM)控制器NCP1587.这器件 是采用极小型表面贴装8引脚封装的低压同步降压控制器.NCP1587能够产生低至0.8 V的 输出电压,提供1 A门极驱动器设计及内部设定的275 kHz振荡器.这门极驱动器其它提高 能效的特性包括自适应非交叠电路.NCP1587还集成了外部补偿误差变压器及电容可编程
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