供应交流-直流(AC-DC)离线控制器NCP1396AG

采用NCP1605/NCP1396/NCP1027来克服传统拓扑结构的局限

    1）架构概览。首先，从架构上来说，在前端使用有源功率因数校正技术就可对系统进行优化，因为PFC输出电压经过了很好的稳压。有源PFC前端的实现可以通过使用PFC专用控制芯片NCP1605来进行。NCP1605是安森美半导体推出的一款能够采用固定非连续导电模式（DCM）或临界导电模式（CRM）工作的增强型高压、高能效待机模式功率因数控制器。这器件集成了构建稳固PFC段的所有功能，可以采用PFC主控端方式工作，确保电源的初级dc-dc转换只有在安全情况下才会启动。在最紧迫的条件下，临界导电模式（CRM）也能够实现，而不会降低功率因数，且这电路能被视为带有频率钳位（由振荡器提供）的CRM控制器。最后，NCP1605指在提供这两种模式的优点但没有它们各自的缺点。而且，这电路为不同工作条件集成了诸多保护功能，并使用了一些特别电路，如跳周期功能，来降低PFC段在空载条件下的功耗，可将待机能耗降至。

    在开关电源段，使用的是半桥谐振双电感加单电容（LLC）拓扑结构。这种拓扑结构具有一系列的优势，能够提升能效、降低电磁干扰（EMI）信号，并且提供更好的磁利用。在这种架构中，NCP1396用于实现半桥谐振LLC转换器的最有效控制方案。NCP1396是安森美半导体推出的一款内置上桥端与下桥端MOSFET驱动电路的高性能谐振模式控制器。NCP1396可以外部设定开关频率且精度高，通过专有高电压技术支持，这款控制器应用在能够接受高达600 V本体电压半桥式应用的自举MOSFET 驱动电路上。此外，可调整的死区时间可以帮助解决上方与下方晶体管相互传导的问题，同时确保初级开关在所有负载情况下的零电压转换（ZVS），并轻松实现跳周期模式来改善待机能耗以及空载时的工作效率。

    而在待机输出电路方面，通过使用NCP1027使得更高集成度成为可能。这款PWM稳压器也集成了高压开关MOSFET，以在同一个封装中提供开关电源的所有功能。

    总的来看，这参考设计所选择的架构允许对设计进行优化，从而能够获得所想要的性能，但又不会过多地增加元件成本和电路复杂程度。

    2）主电源：NCP1396。在对主电源进行探讨之前，我们先分析一下半桥谐振LLC拓扑结构，这种拓扑结构是串行谐振转换器（SRC）的其中一种结构，已经开始在液晶电视或等离子电视等消费类应用中广泛使用。在这些特别的应用中，输出功率等级都较高，一般在200W到600W之间。

    半桥谐振LLC转换器对于传统的拓扑结构而言，是一种有吸引力的备选方案，原因有多项。这种转换器的优势包括：

    * 基于完整负载范围的零电压开关（ZVS）：在零漏极电压条件下进行开关切换。开通损耗因此接近于零，与半桥相比EMI信号质量更佳，而半桥拓扑是工作在硬开关条件下。

    * 低关断电流：开关在低电流条件下关断，因此关断损耗也比半桥拓扑更低。

    * 副二极管可进行零电流关断：当转换器工作在满载条件下时，输出整流器会在零电流时关断，从而减少EMI信号问题。

    * 无需增加元件数量：元件数量基本上与传统半桥拓扑相当。

    * 良好的交互调节功能：尽管事实上采用单个开关电源器件来同时为面板提供24 V电压和为CAVIO板提供12 V电压，但背光的数字调光并不会与两路输出电压的调制产生干扰。

    图2就是这种结构转换器的结构示意图。50%占空比的半桥为谐振电路提供在零到输入电压Vin之间摆动的高压方波。通过采用压控振荡器（VCO）来调节频率，反馈回路可以根据功率需求来调节输出等级。如图2所示，该谐振电路由电容Cs，以及两个电感Ls和Lm串联组成。其中的Lm电感代表的是变压器磁化电感，它与Ls和Cs一起，会构成一个谐振点。这个电感上的负载产生的反射要么会令谐振点从电路上消失（在大负载电流条件下，Lm会被电阻值较小的、发生了反射的负载电阻ＲＬ所完全短路），要么会使其在轻载条件下继续与串联电感Ls串联。其结果是，根据负载条件的不同，谐振频率会在最小与最大之间变动：

    工作频率取决于功率需求。在低功率条件下，工作频率相当之高，且离谐振点相当远。但在高功率条件下，控制回路会降低开关频率，并会采用其中某个谐振频率来为负载提供必需的电流。

    这种拓扑结构的工作特性就象是一个取决于频率的分频器。

    其中：RL是真实的负载阻抗；N是变压器匝比。

    接下来我们再分析一下NCP1396的保护特性。NCP1396具备多重保护功能，提供更好的电路保护，带来更安全的转换器设计而不增加电路的复杂度。NCP1396的各种强化保护功能包括反馈环路失效侦测、快速与低速事件输入，以及可以避免在低输入电压下工作的电源电压过低侦测等。得益于NCP1396的保护特性，这器件不同于其它谐振控制器。这器件能够对下列不同输入作出响应：

    * 快速事件输入（Fast events input）：类似过流条件，需要关闭（休眠模式）或是成为一种强迫受控突发模式（低输出功率时跳周期）的方式。

    * 低速事件输入（Slow events input）：这种输入作为延迟的关闭，这其中类似瞬态过载的事件不会立即停止脉冲，但会启动定时器。如果事件持续的时间比定时器所定时间要长，那么所有脉冲都将中止。

    在本方案中的辅助反激电源中还使用到了待机电源NCP1027。玫缭刺峁┪榷ǖ腣cc来在所有工作条件下为固定频率功率因数校正（PFC）控制器NCP1605、谐振模式控制器NCP1396供电，但它也为这些器件提供5V电压，因为这些器件在待机模式下必须保持工作状态。NCP1027的特性包括：

    * 欠压检测：这控制器不允许在低主电源电压条件下工作。你可以调节电路开始或停止工作的等级。

    * 斜坡补偿：用于连续导电模式（CCM）的设计帮助减少导电损耗。然而，在低输入电压（85 Vac）条件下，占空比可能超过50%，且存在次谐波振荡的风险。一个简单的接地电阻可注入适当的补偿等级。

    * 过载保护：连接至本体的电阻网络降低了峰值电流能力，并且相应地在高线控制最大功率。由于这种操作独立于辅助电压Vcc来进行，这设计在简单性和执行速度上受益。

    * 闩锁输入：一些PC制造商要求在出现外部故障（如过温）时能够完全闩锁。该控制器通过专用输入来实现闩锁功能。

    * 频率抖动：开关频率（此处为65 kHz）在工作期间进行调制。当测试EMI时，这就会自然地扩展谐波含量，并降低峰值。

    图4提供了本参考设计的完整电路图。如图所示，安森美半导体可以提供LCD TV电源中每个模块所需的器件，另外通过合理的设计折衷决策，安森美半导体可帮助以成本实现最佳性能。

    输入电压：85 Vac到265 Vac的通用输入, 频率为47至63 Hz

    主电源输出电压：
    * 24 V / 6 A
    * 12 V / 3 A
    * 30 V / 1 A

    待机电源：
    * 5 V / 2.5 A
    * 5 V电源的电流消耗为100 mA时，输入功率Pin小于1 W。

本参考设计的性能小结：

1）能效

2）待机能耗。