笔记本电脑电源适配器-应对效率挑战

1、 HYPERLINK HYPERLINK 中文word文档库,海量word文档免费下载本文由【 HYPERLINK 中文word文档库】 HYPERLINK http:/ 搜集整理。 HYPERLINK 中文word文档库免费提供海量教学资料、行业资料、范文模板、应用文书、考试学习和社会经济等word文档本文由【 HYPERLINK 中文word文档库】 HYPERLINK http:/ 搜集整理。 HYPERLINK 中文word文档库免费提供海量教学资料、行业资料、范文模板、应用文书、考试学习和社会经济等word文档笔记本电脑电源适配器应对效率挑战 引言 不久之之前，笔笔记本电电脑的功功能

2、有限限，如功功率 HYPERLINK o 要求 o 要求 要求求仅为550-770瓦(W)。近年来来，功率率要求攀攀升到1100WW范围以以上，但但重量和和尺寸的的期望没没有相应应地改善善。此外外，需要要满足规规范中的的低待机机功率性性能、外外部电源源(EPPS)效效率要求求和IEEC10000-3-22对755W以上上输入功功率的谐谐波要求求使这一一挑战更更加难应应对。本本文探索索能使电电源制造造商应对对这些挑挑战的新新近趋势势，并提提供不同同替代 HYPERLINK o 解决 o 解决 解解决 HYPERLINK o 方案 o 方案 方案案以供选选择。 随着笔笔记本电电脑的功功能日益益丰富

3、，其功率率要求也也提高了了。此外外，因为为电池容容量(或或密度)提高了了，充电电要求也也提高了了因此此，笔记记本电脑脑适配器器的功率率要求提提高了一一倍。然然而，对对于世界界各地上上百万携携带笔记记本电脑脑的用户户来说，更大和和/或更更热的 HYPERLINK o 电源适配器 o 电源适配器 电电源适配配器并非非太具吸吸引力的的选择。能够吸吸引人的的是拥有有一个轻轻巧小型型，但能能立即充充电的笔笔记本电电脑适配配器。当当然，它它不会产产生热量量，而且且不会花花费太多多。近年年来电子子产品的的发展并并未增加我我们在这这方面的的希望，而且未未来的革革命是否否能够实实现依然然是一个个悬而未未决的问问

4、题。我我们也想想要用一一个笔记记本适配配器就能能在全球球使用，而无需需1100/2220伏工工作电压压选择开开关因此，笔记本本电脑适适配器必必须为真真正通用用的线路路电压工工作设计计。同时时，监管管方和OOEM的的期望也也起到一一定的作作用。 监管机机构希望望笔记本本电脑适适配器不不会浪费费能源或或在用电电线路中中加入谐谐波。第第一个因因素是适适配器不不带任何何负载插插入插头头后，它它应该尽尽可能少少的吸收收功率(待机要要求)。人们一一般习惯惯将笔记记本电脑脑适配器器插在插插座上，却并未未连接电电脑，该该要求就就可防止止此情况况下产生生的损耗耗。第二二个因素素是近期期的规定定，它要要求在不不同

5、负载载条件下下(255%、550%、75%和1000%)有特定定的平均均电源工工作效率率，并由由全球各各规范机机构执行行，以便便推动遵遵从该规规范并降降低间接接费用。最后，欧盟和和日本强强制执行行的降低低谐波要要求已开开始应用用于笔记记本电脑脑电源适适配器，因为它它们已经经超过了了这些标标准规范范的755W输入入功率门门限。在在某种意意义上，笔记本本电脑适适配器的的移动/通用特特性使其其成为受受IECC10000-33-2规规范的首首个量产产电源产产品。 现有的的解决方方案和方方法 现有的的笔记本本电脑转转换器一一般采用用反激拓拓扑结构构进行脉脉冲宽度度调制(PWMM)转换换。这是是多年来来最

6、有效效的解决决方案(在成本本和技术术上)。如图11所示，用于笔笔记本电电脑适配配器的典典型反激激转换器器在通用用输入电电压范围围(900-2665 VVac)工作，而且因因为采用用了安森森美半导导体推出出的高度度集成的的PWMM控制器器解决方方案，使使用的元元件数量量较少。若适配配器的功功率电平平低于775W，则不需需额外的的功率段段。这些些适配器器的主要要性能标标准是功功率密度度(封装装尺寸的的要求)、安全全性和低低外壳温温度。而而控制的的主要方方法是用用经典UUC3884x系系列实现现的电流流模式控控制。然然而如图图1所示示，如今今的笔记记本电脑脑适配器器采用不不同的PPWM控控制器(如安

7、森森美半导导体的NNCP112000)。新新一代PPWM控控制器优优于UCC3844x的是是：图1、采采用NCCP12200 PWMM控制器器的反激激转换器器 * 更更高集成成水平减减少了许许多外置置元件，同时依依然保有有电流模模式控制制的优点点； * 能够够进入跳跳周期模模式，以以减少待待机和轻轻载损耗耗； * 能够够用高压压(HVV)输入入启动，降低了了启动电电路中的的损耗和和元件成成本； * 无无需集成成电路中中的误差差放大器器电路，因为错错误处理理在次级级完成； * 易于符符合安全全性和EEMI，以便更更快投放放市场。然而，对对于超过过75 W功率率要求的的电源适适配器，笔记本本电脑制

8、制造商面面临一种种选择。他们可可为通用用应用设设计适配配器并为为需要 HYPERLINK o pfc o pfc PPFC(欧洲和和日本)的市场场加入功功率因数数校正(PFCC)段或或采用单单独的设设计。增增加PFFC段增增加了复复杂度和和成本，使设计计更具挑挑战性。此应用用中的典典型设计计应用如如图2所所示的临临界导电电模式(CRMM)升压压PFCC段。图2 临界导导通模式式PFCC电路(采用MMC3332622)p; CRMM HYPERLINK o pfc o pfc PFFC设计计采用如如图2所所示的MMC3332622控制器器。这一一简单的的8引脚脚控制器器可轻松松实现功功率因数数校

9、正。在临界界导电模模式中，可以实实现一些些电路水水平优势势，如无无二极管管恢复问问题和更更低开关关损耗。 虽然制制造商采采用这一一方法已已在现有有设计中中体现可可接受的的性能和和成本，但仍需需加以改改进以满满足日益益涌现的的 HYPERLINK o 要求 o 要求 要求。 2段 HYPERLINK o 解决 o 解决 解解决 HYPERLINK o 方案 o 方案 方案案的改进进 近年来来，很多多针对性性的解决决方案的的出现为为2段方方案提供供了更佳佳的选择择。表1 现有架架构的比比较 在PFFC方面面，尽管管主要采采用CRRM方法法，但存存在明显显限制。首先，它以可可变开关关频率模模式工作作

10、，而且且开关频频率在零零交叉和和轻载情情况下可可升至颇颇高。这这个可变变频率给给滤波和和低待机机能耗带带来了问问题。NNCP116011(图33)引入入了一种种新的解解决方案案，它吸吸取了临临界模式方方法的最最佳特性性，同时时限制开开关频率率并提高高待机性性能。在在此解决决方案中中，控制制器可在在非连续续导电模模式(DDCM)和临界界导电模模式间无无缝地切切换，且且不会影影响功率率因数校校正。线线路电压压在或临临近零交交叉和在在更轻载载情况下下，控制制器以真真正定频频DCMMPFCC模式工工作。满满载且在在线路波波形峰值值附近时时，控制制器切换换至临界界模式，因此限限制峰值值电流值值不会变变得

11、过高高。图3、在在PFCC电路中中实现最最佳的CCRM和和DCMM(采用用NCPP16001) 此外，近年来来PFCC实施中中可用的的分立元元件也走走过一段段漫长的的道路。PFCCMOSSFETT要求5500伏伏的额定定值，而而推出低低Rdss-onn和小门门极电荷荷的MOOSFEET对此此有巨大大的帮助助。CRRM或DDCM电电路中的的升压二二极管要要求不同同特性而而且制造造商已开开始推出出各种元元件，如如MURR4500PF，来迎合合这些需需求。 这些改改进的最最终结果果是，增增加PFFC从成成本角度度而言对对适配器器设计不不是很大大的负担担，同时时能够在在满载、低线路路效率时时获得约约9

12、5%的效率率和3300 mW的的待机能能耗。这这些性能能显然使使适配器器设计人人员能满满足OEEM的规规范要求求。 在SMMPS方方面，一一个重要要的趋势势是使用用谷底开开关反激激转换器器替代传传统的定定频反激激拓扑。该方法法效率更更高，EEMI更更低。与与CRMM升压拓拓扑面临临的问题题相似，谷底开开关拓扑扑明显受受到频率率的变化化影响，该频率率变化是是线路和和负载的的函数，可产生生高EMMI和待待机功耗耗。近期期控制技技术的创创新使该该产业得得以解决决这些问问题拓展了了谷底开开关方案案在笔记记本适配配器上的的应用。 传统的的谷底开开关算法法以检测测MOSSFETT漏极电电压达到到最小点点进

13、行工工作并在在该点导导通FEET，如如图4所所示。然然而，根根据负载载和线路路条件，该谷底底点可迅迅速达到到，因此此产生高高开关频频率和高高开关损损耗。遗遗憾的是是，此现现象发生生在低功功耗至关关重要的的轻载时时。新型型控制器器，如NNCP113377包含跳跳过谷底底算法来来解决这这个问题题。如图图4所示示，若谷谷点的开开关频率率高于设设定的开开关频率率，MOOSFEET导通通将延迟迟至下一一个可用用谷点。 最后，由于特特殊的启启动、故故障模式式和待机机要求，需要谨谨慎处理理PFCC段和SSMPSS段间的的接口(包括相相序和信信号交换换)。比比如，许许多设计计人员喜喜欢在启启动、待待机和故故障

14、模式式中关闭闭PFCC段。采采用这种种方法就就不会有有PFCC段产生生的功耗耗。然而而，它对对SMPPS段带带来额外外的负担担，因为为它必须须能够支支持整个个输出功功率而无无PFCC前端升升压输入入的帮助助。通常常反激转转换器处处理的输输入范围围更宽，而且由由于PFFC关闭闭，输出出提供全全部功率率的持续续时段并并不长，所以无无需保险险设计功功率段。接口要要求可用用许多新新型控制制器中含含有的创创新解决决方案进进行简单单的处理理(图55)。此此解决方方案集成成至智能能PWMM控制器器，可识识别所有有PFCC须关闭闭的模式式。PWWM控制制器有一一个为PPFC提提供偏置置电压的的输出引引脚按要求

15、求关闭PPFC控控制器和和PFCC段。这这个简单单的机制制适用于于任何PPFC控控制器，因此不不受限制制。图4、跳跳过谷底底技术限限制了QQR反激激转换器器中的最最高频率率。图5、PPWM控控制器和和PFCC控制器器间的接接口便于于适配器器在故障障、启动动和待机机模式中中工作。 单段替替代方案案p; 设设计符合合 HYPERLINK o pfc o pfc PFCC HYPERLINK o 要求 o 要求 要求的笔笔记本电电脑适配配器自然然要 HYPERLINK o 解决 o 解决 解决决如何消消除双功功率处理理段负担担的问题题。获得得高效率率和成本本高效单单段功率率转换是是设计人人员的长长期

16、追求求。虽然然存在许许多单段段解决 HYPERLINK o 方案 o 方案 方方案，但但它们仍仍有一些些限制，分别是是：1.输出电电压纹波波包含低低频元件件，不采采用额外外的储能能电容不不能将其其从本质质上消减减。2.许多方方案尝试试使用电电流导向向在低输输出电压压纹波和和低THHD之间间取得较较佳的取取舍。这这些折中中需要在在每种设设计中投投入额外外的精力力。3.特殊的的规定，如输出出纹波、瞬态响响应和保保持时间间比2-段解决决方案更更难满足足。图6、990 WW适配器器原型的的图片，可见可可节约的的空间(鸣谢：Eneergyy Reecovveryy Syysteems) 若单段段解决方方

17、案要在在笔记本本电脑适适配器中中占有一一席之地地，那么么它需要要在OEEM、电电源设计计人员和和关键电电路元件件经销商商间进行行三方合合作，以以提供最最佳解决决方案。OEMM需要确确定他们们是否能能对规格格作出让让步，如如允许的的输出纹纹波、瞬瞬变和保保持时间间，以节节约系统统电平。电源设设计人员员需在开开发/优优化创新新单段解解决方案案中投入入时间和和精力。最后，元件供供应商，如半导导体公司司和磁芯芯公司必必须了解解系统的的需要并并提供合适适的解决决方案。 这种合合作的一一个例子子是开发发适配器器设计解解决方案案以满足足领先笔笔记本电电脑OEEM的规规格。该该方案采采用安森森美半导导体的NN

18、CP116511作为磁磁芯控制制器，能能满足所所有的性性能目标标，且大大幅节省省成本。在开发发过程中中，与OOEM的的交流也也达成了了一些规规格折中中方案，因此能能节约更更多的成成本和空空间。原原型照片片(图66)显示示可减小小输出电电容的大大小来符符合修改改规范。有了这这个方案案改善成成本和性性能，OOEM可可提供符符合所有有电源要要求的PPFC适适配器，并进一一步协调调供应链链。同时时，他们们也为更更清洁的的电源环环境作出出了重要要的贡献献。 未来的的方向和和结论 无论采采用单段段架构或或传统的的2段，性能要要求不会会一直不不变。电电源公司司及其伙伙伴必须须保持创创新。某某些相邻邻领域能能促进其其发展，如输出出同步整整