安森美半導體提供用于白家電各功能模塊的高能效方案 - 全文

　　作為全球領先的高性能硅方案供應商，安森美半導體致力于為白家電領域提供全系統(tǒng)完備的技術和解決方案，所提供產(chǎn)品涉及電源和信號管理、邏輯、分立及定制器件，幫助白家電客戶克服在電源管理、電機驅動、系統(tǒng)控制、用戶接口、通信互連等各個功能模塊中所面臨的設計挑戰(zhàn)。

　　白家電功能模塊簡化框圖

　　圖1. 白家電功能模塊簡化框圖

　　電源管理功能模塊

　　安森美半導體積極參與全球各種標準組織及工作組在電源能效方面各種規(guī)范及激勵項目的制定及更新（如 ENERGY及80 PLUS ），推出符合世界各地所有相關規(guī)范的方案及產(chǎn)品。安森美半導體提供寬廣陣容的電源管理方案，幫助客戶應對在低待機能耗、高工作能效以及功率因數(shù)校正等電源管理關鍵領域所面臨的挑戰(zhàn)。其GreenPoint參考設計指明了設計高能效電源的方向，參考設計中包含的原理圖、物料單（BOM）、PCB Gerber文件、設計重點及測試報告，可有效幫助工程師縮短設計周期，加快產(chǎn)品上市。

　　安森美半導體用于白家電電源管理功能模塊的方案涵蓋AC-DC轉換、DC-DC轉換、功率因數(shù)校正（PFC）及電源逆變等產(chǎn)品。安森美半導體的多款高效能AC-DC離線穩(wěn)壓器內部集成高壓功率MOSFET，簡化了小功率開關電源的設計。NCP107x（0/1/2/5/6/7）系列采用PDIP-7或SOT-223封裝，內部集成了700 V高壓MOSFET，采用電流模式65/100/130kHz固定頻率工作，用于3W至15W功率的應用。該系列支持頻率反走及跳周期模式，能有效提升電源輕載能效。另外該系列還具有內置高壓啟動功能，支持動態(tài)自供電（DSS），提供無損耗啟動序列。

　　圖2為基于安森美半導體NCP1075設計的8W雙路輸出市電供電反激電源，固定工作頻率100kHz；兩路輸出都包含肖特基二極管，用于提升能效；根據(jù)所要求的穩(wěn)壓精度提供雙感測選擇；變壓器次級繞組提供了良好的負載穩(wěn)壓及互穩(wěn)壓。

　　圖2. 基于安森美半導體NCP1075設計的8W雙路輸出市電供電反激電源

　　NCP112x（2/4/9）系列采用PDIP-7封裝，內置650 V額定雪崩能量MOSFET，采用峰值電流模式65/100kHz開關頻率工作。NCP112x支持正常及頻率反走條件下的頻率抖動，改善電磁干擾（EMI）性能，其內置4 ms軟啟動、可調節(jié)限流并有效降低空載待機能耗。

　　圖3為基于安森美半導體NCP1129設計的25 W高壓市電供電電源，它提供12 V恒壓輸出，采用峰值電流模式控制，帶可調節(jié)斜坡補償，確保在連續(xù)導電模式（CCM）的穩(wěn)定性；優(yōu)化短路保護及實際過載檢測；輕載條件下頻率反走至26kHz。

　　圖3. 基于安森美半導體NCP1129設計的25W高壓市電供電電源

　　同時安森美半導體還為客戶提供高集成度功率因數(shù)控制器、DC-DC控制器、分立MOSFET、功率整流器、二極管及晶體管等完整系列的電源半導體產(chǎn)品。

　　電機驅動功能

　　安森美半導體為白家電變頻驅動提供分立及模塊式設計：

　　分立設計器件：安森美半導體用于MOSFET/IGBT門極驅動器NCP5104、NCP5106、NCP5111、NCP5181能工作在高達600V的輸入電壓，具有每納秒50V的dv/dt抗擾度，并兼容于3.3V和5V輸入邏輯，這些器件使用啟動電路（bootstrap）技術來確保驅動高邊功率開關，并提供強固的設計。

　　安森美半導體用于功率因數(shù)控制器的IGBT產(chǎn)品有 NGTB05N60、NGTB10N60、NGTB15N60、NGTB20N60L2、NGTB30N60，帶續(xù)流二極管；用于電機驅動被動功率因數(shù)校正的IGBT產(chǎn)品有NGTG12N60、NGTG15N60S1、NGTG20N60L2、NGTG30N60F、NGTG50N60F，不帶續(xù)流二極管。

　　
　圖4. 用于功率因數(shù)控制器的IGBT

　圖5. 用于電機驅動功率因數(shù)校正的IGBT

　　安森美半導體用于電機控制的MOSFET產(chǎn)品具有低導通阻抗、低電容、低門極電荷等特性，能將器件導通損耗、開關損耗以及驅動器損耗降至最低，提供高抗雪崩能力及大電流通過能力。

　　模塊式設計：安森美半導體采用IMST（絕緣金屬基板技術）技術使分立無源器件（電阻、電容）、分立有源器件（二極管、晶體管）及集成電路（門驅動器、DSP、邏輯）等封裝到同一智能功率模塊（IPM）中。

　　安森美半導體專有的絕緣金屬基板技術示意圖

　　圖6. 安森美半導體專有的絕緣金屬基板技術（Insulated Metal Substrate Technology，IMST）示意圖

　　智能功率模塊（IPM）內含門極驅動、欠壓保護（UVLO）、過溫檢測及電流檢測等功能，通過內部優(yōu)化布線來改善EMI及散熱性能，可集成PFC。

　　安森美半導體用于白家電電機運動控制的步進電機驅動器提供高精度微步進，提供平順、安靜的運行。AMIS-30622集成無傳感器停轉檢測，能動態(tài)控制速度、轉矩及位置，維持連續(xù)運行；LB1948MC及LV8548MC能提供雙極及BiDCMOS選擇，支持單通道步進電機/雙通道直流電機，勵磁模式支持滿步、半步，具有低飽和電壓、低導通阻抗等特性；LV8712T采用單通道PWM恒流控制，勵磁模式包括滿步、半步、1/4步、1/8步，集成過熱關閉、低壓檢測以及有源反激等保護。

　　安森美半導體提供應用于無刷直流電機（BLDC）驅動的單相及三相電機驅動器，LB11685AV采用無傳感器設計，脈沖幅度調制（PAM）控制，軟啟動有利于提升啟動時的穩(wěn)定性，軟開關則有助于提供靜音驅動，內置限流器、過熱關閉及抖動鎖定（beat lock）保護；LV8136V是一款三相BLDC電機用PWM系統(tǒng)預驅動IC，提供高能效、150°PWM靜音驅動。

　　用戶接口功能模塊

　　1）電容式觸摸傳感器方案

　　安森美半導體LC717A00/10電容-數(shù)字轉換器大規(guī)模集成電路（LSI）提供8/16通道電容-傳感器輸入，適合各種開關應用。采用差分電容檢測，能夠檢測到毫法拉級的電容變化，LSI內部具有自動執(zhí)行校準功能及導通/關閉判定，每路輸入的（導通/關閉）檢測結果可由串行接口（I2C兼容總線或SPI）讀取。此外，每路輸入的測量值可以讀取為8位數(shù)字數(shù)據(jù)，增益及其他參數(shù)也可以通過串行接口進行調節(jié)。

　　安森美半導體提供的電容式觸摸傳感器具有無需粘合劑、長傳感器走線、寬工作溫度范圍、無額外元件、高抗噪聲等優(yōu)點，為客戶提供靈活、低成本、高可靠性設計。

　　安森美半導體電容式觸摸傳感器

　　圖7. 安森美半導體電容式觸摸傳感器具有高度靈敏度，支持戴手套觸摸，支持含氣隙應用

　　2）環(huán)境光及距離傳感器

　　安森美半導體的環(huán)境光傳感器具有設計靈活性，可以根據(jù)需要在EEPROM中調整，定制過濾0.0125勒克斯檢測（即明視光響應），另外具有暗電流和溫度補償、最低每單位分辨率能耗，高速模式的I2C接口，在斷電時也不會影響總線工作。安森美半導體環(huán)境光傳感器包含數(shù)字輸出（如NOA1305）和模擬輸出（如NOA1212）。同樣可以采用的還有距離傳感器NOA2301、NOA2302及NOA3301。

　　3） LCD驅動器

　　安森美半導體提供用于白家電的LCD段驅動器，涵蓋從靜態(tài)到1/10占空比及點陣式驅動器。LC79401KNE是支持圖形點陣液晶顯示的80輸出段（segment）驅動器LSI，支持4位并行輸入，當與組（common）驅動器LC79430KNE配合使用時，可以驅動大屏幕液晶面板。

　　4）通訊互連

　　白家電之間的互連及通訊可通過無線（Zigbee或WiFi）或現(xiàn)有的電力線基礎設施實現(xiàn)。家庭的每個角落都有電源插座，這使得電力線成為了一個覆蓋極為廣泛的網(wǎng)絡。安森美半導體利用其先進的半導體技術，推出的電力線載波（PLC）調制解調器及電力線驅動器產(chǎn)品可以幫助客戶輕松構建聯(lián)網(wǎng)型智能控制系統(tǒng)。

　　安森美半導體提供一系列領先擴頻型頻移鍵控（S-FSK） PLC調制解調器，NCN49599、NCN49597基于ARM Cortex M0內核MCU，同時支持AC及DC工作，每通道最大波特率達4.8k，支持Cenelec A、B、C及D波段，NCN49599內部集成了功率放大器。AMIS49587，AMIS30585基于ARM7內核MCU，僅支持AC工作，每通道最大波特率分別為2.4k和1.2k。這些窄帶PLC調制解調器嵌入了PHY+MAC，符合嚴格的國際標準（FCC、CENELEC、IEC61334-5-1），可在低壓和中壓網(wǎng)絡上運行。

　　安森美半導體的PLC驅動器產(chǎn)品NCS5650是一款高效能、低失真的AB類驅動器。NCS5650在關閉模式僅消耗150uA電流，在輸出電流為1.5A時，輸出電壓確保在任意輸入端以1.0V或更低的擺幅擺動，確保在嚴格的環(huán)境中提供最優(yōu)的信噪比。

　　5）保護

　　接地故障斷路器（GFCI）是針對北美地區(qū)法規(guī)要求的一種特殊保護設備，用于防止觸電事故風險， GFCI遵從UL943標準。安森美半導體的NCS37000 GFCI信號處理器，用于火線-中性-地線保護。只需極少的元器件以及一個低匝數(shù)比鐵氧體電流互感器，大幅減少了物料成本，專用DSP控制器提供最佳的有害負載抑制性能，自同步內部振蕩器根據(jù)交流輸電線頻率調節(jié)，在50Hz及60Hz配電系統(tǒng)上都能達到全精度范圍。

　　安森美半導體NCS37000 GFCI信號處理器應用示圖

　　圖8. 安森美半導體NCS37000 GFCI信號處理器應用示圖

　　系統(tǒng)控制功能模塊

　　安森美半導體提供多種用于白家電控制的MCU產(chǎn)品，主要用于系統(tǒng)控制、LCD顯示屏控制以及小型電器系統(tǒng)的控制。日益增加的需求讓MCU產(chǎn)品集成度越來越高，功耗要求也越來越嚴苛。以LC87F7932B為例，僅在RTC工作模式下提供0.45 μA的平均能耗，而在控制LCD顯示屏、RTC工作及間歇工作以檢測傳感器的12位模數(shù)轉換器（ADC）的情況下，總平均能耗僅為1.5 μA。

　　基于ARM Cortex內核的32位MCU在白家電領域增長也非常迅速，未來8位/16位將主導簡單應用，32位將主導復雜應用。

　　基于ARM Cortex-M3 32位MCU的空調室外機案例