游戏机和其它消费电子设备中正在集成越来越多的功能。而随着功能的增多，这些设备的功率需求也水涨船高。与此同时，受诸多规范机构和市场力量的推动，这些设备的电源能效要求也趋向更高。以游戏机为例，一般采用的是外部电源(EPS)。表1和表2分别列出了美国环保署“能源之星”、美国加州能源委员会(CEC)和欧盟行为准则对外部电源的规范要求。

值得一提的是，“能源之星”针对的是美国市场，但由于众多的合作伙伴项目，世界上其它几个国家和地区也在实施“能源之星”规范，而且所作的变更极少。例如，中国中标认证中心与美国环保署签订了谅解备忘录，促进中标认证中心节能认证与“能源之星”协调互认，获得一方认证的产品有望同时获得另一方的认证。

外部$电源适配器的额定输出功率一般不超过250W，针对不同应用的外部电源适配器的输出功率各不相同，如用于手机充电器的电源适配器功率等级仅为5W，用于笔记本电脑的适配器功率一般为50至70W(如今已趋近90W甚至更高)，而目前用于游戏机的电源适配器功率一般在200 W范围，而其空载(待机)功率更是高达3W。

从上述规范来看，它们对游戏机电源适配器提出了更高要求，如工作模式下电源效率需要高于85%甚至是87%，而空载能耗更是不得超过0.5 W。这就对电源解决方案提出了更高的要求。

基于NCP1562和NCP1014的200 W游戏机AC-DC适配器参考设计

作为全球领先的高能效电源解决方案供应商，$安森美半导体的高能效GreenPoint电源参考设计系列，帮助业界满足越来越高的电源能效要求。其中，用于XBox游戏机AC-DC适配器的200 W GreenPoint电源参考设计见图1。

如图1所示，这参考设计在主转换器段采用了有源钳位正激拓扑结构。与传统正激转换器相比，两者的区别就体现在主开关关闭时间。在有源钳位拓扑结构中，变压器在完整关闭时间期间的较低电压电平时复位，而非在较短周期时间的较高电压电平时复位。有源钳位正激拓扑结构涉及到众多的系统考虑要点，也存在着很多优势，例如：

1、 方便主开关(MOSFET用作主开关)和有源钳位开关利用零电压开关(ZVS)或低压/软开关;

2、 能够工作在50%以上的占空比，具有较高匝数比，而不会损及漏电压。

3、 较高的匝数比可以减少：

a) 初级侧的反射输出电流分量，从而允许使用较小的主开关(Qmain)

b) 次级电压，从而允许较低电压的整流元件

4、 由于占空比较高，只需要较低的输出电感

5、 驱动同步整流器的信号很容易得到

有源钳位正激拓扑结构过去一直被视为难以实，主要应用在电信等特殊领域。但随着诸如安森美半导体NCP1562有源钳位控制器这样的IC的推出，这种结构的实现变得简单，并且可用于实现更高能效。

对于NCP1562而言，它的主输出设计用于驱动正激转换器初级MOSFET，次级输出设计用于驱动有源钳位电路MOSFET、次级侧的同步整流器或异步半桥电路。NCP1562系列(含A、B版本)在最大占空比限制、欠压检测器和过流阈值等关键规范方面整合了高精度，减少了元件数量，并减小系统尺寸。NCP1562的两项独特特性是软停止和带有时间阈值的跳周期电流限制。如果检测到严重故障，软停止电路就会以受控方式关闭转换器。跳周期检测器则会在出现持续过流情况下启用软停止序列。NCP1562的其它特性包括线路前馈、高达1.0 MHz的频率同步、带有前沿消隐(LEB)的逐周期电流限制、独立的欠压和过压检测器、可调节输出重叠延迟、可编程最大占空比、内部启动电路和软启动等。

除了12V的主输出端，这个参考设计也包含5 V待机输出端。这是通过采用安森美半导体NCP1014来实现的。NCP1014是一款带有集成高压开关的开关稳压器。这IC使本参考设计能够高性价比地轻易满足“能源之星”和CEC对待机能耗的要求。NCP1014是NCP101X系列自供电单片开关稳压器的一员，集成了固定频率电流模式控制器和700 V MOSFET。NCP101X系列采用PDIP-7、PDIP-7鸥翼(Gull Wing)或SOT-223封装，提供构建强固和低成本电源所需的所有特性，如软启动、频率抖动、短路保护、跳周期、最大峰值电流设定点和动态自供电(无需辅助绕组)。

与其它单片解决方案不同，NCP101X在正常负载操作期间，会在某个可用的频率(65–100–130kHz)开关。当电流设定点降至低于给定值时，如输出功率需求消失时，这IC会自动进入所谓的跳周期模式，并提供极佳的轻载效率。由于这通常是在最大峰值电流的1/4时发生，就没有可听见的噪声出现。这样一来，待机能耗就降至最低，而且没有可听噪声产生。

需要指出的是，本参考设计最初瞄准的是微软XBox游戏机的美国型号。这样一来，为了使其在成本上与商用供货的型号保持一致，这参考设计并不包括功率因数校正(PFC)段，并且设计用于110 Vac输入。为了满足其它地区功率高于75 W时需要PFC的要求(如欧洲和日本)，可对这参考设计进行修改，使其包含PFC段。

另外，虽然这参考设计的初衷是瞄准XBox游戏机应用，但它也可轻易地适应其它终端应用的要求。由于本参考设计所采用的主转换器拓扑结构是有源钳位正激，这设计经过修改之后能够提供更高的功率。更高功率设计的一个极佳示例就是安森美半导体公司网站上展示的“305 W台式计算机电源(ATX)参考设计”，它所采用的就是相同的有源钳位正激拓扑结构。这参考设计也适合其它应用，如带有不同输出功率要求的游戏机和其它电源适配器等。

输入、输出、能效和保护规范

这参考设计的几个重要规范，如输出、输出、能效和保护等，如下所示：

输入

* 输入电压范围为90至132 Vac，频率为47至63 Hz

* 提供满载输出时最大稳定状态输入电流为低于均方根5 A@90 Vac

输出

* 电源输出电压为12 V和5 V待机

* 所有线路和负载条件下，$连接器负载终端的输出电压精度必须达到±5%或更

* 12 V输出的输出纹波电压必须不超过100 mVpp，而5 V待机输出则必须不超过50 mVpp

* 在所有规定条件下，这参考设计应该能够提供203 W总输出功率

* 12 V输出应该能够提供16.5 A(峰值)电流，且最大额定电流为16.5 A。5 V待机输出应该能够提供最大1 A电流，峰值电流为1.5 A

* 输出电压维持时间为20 ms

能效目标

* 工作效率：任何环境温度下，在工作范围内Vac时电源效率将超过88%(在PCB终端测得)。在20%负载和90/115/132 Vac时效率超过80%(在PCB终端测得)。

* 待机能耗：主电源关闭条件下，在0.5 W负载被施加到5 V待机输出端时，电源在115 VAC、60 Hz条件下从交流电源插座消耗不超过1 W的功率。

保护特性

* 过流保护

* 短路保护

* 过压保护

* 过温保护

性能测试结果

* a) 工作效率

这参考设计在不同负载条件下的工作效率测试结果如表3所示，可以发现了本参考设计的目标能效要求，基本上满足并超越“能源之星”等规范的要求。

b)待机

* 这参考设计在110 Vac和输出空载(12 V输出关闭)时所测试得输入(待机)能耗为488 mW，同样实现目标要求，并符号“能源之星”最新规范。

潜在的性能提升

上面提到了这参考设计的能效测试结果。实际上，通过在某些方面进行努力，本参考设计的性能还可有进一步的提升。这些方面包括：

* 有源钳位和主FET的驱动电路可以采用NCP5181这样的集成高端/低端驱动器而非门驱动变压器来进行简化。

* 通过为次级同步整流器选择更加优化的FET，以及这些器件的驱动电路，热性能和效率还能进一步提升。据估算，当前设计中还有1-2%的额外功率损耗，这要归结于同步整流器的开关效率欠佳。

总结

“能源之星”等规范对外部电源(EPS)的能效要求越来越高，这使得诸如游戏机AC-DC适配器这样的外部电源设计面临更大挑战。本文描述了安森美半导体GreenPoint 200 W游戏机AC-DC适配器参考设计，它的主电源段采用能够提高能效的有源正激拓扑结构，使用了NCP1562有源钳位控制器和NCP1014单片开关稳压器等关键器件，工作效率超过88%，超过“能源之星”等规范的要求。虽然这参考设计最初是针对美国市场的XBox游戏机设计，但也可经过适当修改，加入PFC段使其适合欧洲和日本等其它要求PFC的市场;并且也可修改用于其他应用，如更大功率的ATX电源或多输出游戏机适配器。