同步整流技术CoC V5解决方案与应用
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为让电源效率的转换更有效率，使产品更节能，在电源设计上必须下不少工夫。为此，各厂商也提出不少电源处理的先进技术，以帮助电源设计工程师能够设计出高能效的产品。以设计专业模拟IC、提供各式电源管理系统的Sync Power(擎力科技)，便推出同步整流技术的解决方案，符合各国安规标准，并具备超高能效等级，让客户设计出高效率的电子应用产品…
擎力(Sync Power)科技股份有限公司应用工程部经理杨大鸿先生，针对「效率转换UP、节能再升级！同步整流技术CoC V5解决方案与应用」的议题做演说。他表示该公司的愿景为开发先进的高效能电源管理方案，而目前节能的目的也是该公司努力的目标。
杨大鸿先秀出一张简单的AC/DC示意方块图，在Synchronous Rectifier(同步整流器)部份，一般都是采用传统的整流二极管来达到其整流目的，然而二极管有压降的问题，因此针对高电流的应用下，确实会造成功率损耗的情况。
如今同步整流部份，擎力已改用MOSFET来做取代，并透过控制IC来控制MOS的开或关。由于必须配合整个AC/DC的电源架构，根据PWM工作方式来做转换的开关，以及有效提升转换效率。
过去以来，在同步整流的解决方案部份，擎力提供了Forward或Flyback等各式的产品组合，而2015年将再提供LLC架构的同步整流控制IC。
地球暖化颇严重 环保须即刻移动
杨大鸿表示，当今地球暖化现象严重，全世界正展开节能的风潮中。他以Code of Conduct (CoC) Version 5的一种欧盟自主性的电源规范中，其定义电源空载部份有Tier 2的最严格指标，明确定义在4种平均负载电压的效率提升，同时加测10%负载时的效率转换。定义范围包含一般电源与6V以下的输出电源。
此外DoE LOT.6 (美国能源局的6级能效)也在2014年2月19日同步更新其规范，除了60W输出部份，并一举将瓦特数提升到250W以上，订定了一般输出电压要求与多组输出等规范。
所以因应各国政府在节能上的努力与现行法规要求日益严苛，擎力这次也推出了可以符合CoC V5的电源适配器解决方案，包含其自主开发的3颗电源IC芯片：SP6879(针对返驰式应用的QR准谐振PWM IC)、SP689(高压启动IC)、SP6018E(同步整流控制IC)。
三种产品与组合 高功绿能皆符合
擎力主打的三项产品有SP689、SP6879与SP6018E。有关SP689部份，它是一款高压启动IC，主要用在AC/DC一次侧的部份，取代现行高压启动电阻，及？或(AND/OR)泄放电阻。符合IEC60950-1安规需求。其优点有：(1)降低待机功耗，并符合DoE LOT.6的能源规范、(2)开机速度快、(3)设计简单及周边零件少，可搭配原有PWM IC、(4)应用于X电容泄放功能、(5)搭配6针脚的PWM IC，价格低于单颗SOP-8的高压启动PWM IC。
以SP689的典型应用线路来说，因其带有高压启动与泄放电路功能，故可依照其特性，节省了泄放电阻的功率消耗，来有效降低待机功耗，并符合安规需求。
此外亦可从X泄放电阻端接一启动电阻来做使用，或在传统电路使用一高压启动电阻来使用。在SP689实机测试效能中，以使用一般启动电阻与泄放电路来测试，在230V/50Hz的条件下，获得了0.338W的数据，经过改用SP689之后，其功耗降低到0.128W，大大满足6级能效的要求。且开机速度颇快，小于2秒钟以内。
再看SP6879，是一颗多模式的QR准谐振PWM IC。在一般低压时设定为CCM(连续导通模式)，及高压时设定为谷底切换模式。具备超低启动电流、准谐振(QR)模式，故可改善EMI 特性。同时具备各式保护功能，包括：逐周期电流限制、欠电压保护、芯片过压保护、可编程AC输入和低电压保护(Brownout)、过压保护(Line OVP)、输出过压保护(Load OVP)、过载保护(OLP)、芯片过温度保护(OTP)等等。适用于120W以内的返驰式电源适配器。
SP6879采SOP-8封装设计，8只脚位各有其功能。其内部控制方块电路中，有Brownout/Line OVP、Gate端箝位保护、并有改善EMI特性的Soft Driver。因此应用在多模式操作中，空载时频率维持22KHz，随电流负载的增加，其操作在PFM (Pulse Frequency Modulation，脉波频率调变)模式之下，而在低压输入满载时，频率则固定在52KHz (即CCM模式)，高压则设定为QR模式，频率则固定在100KHz。
至于SP6018E则是一款高性能的同步整流IC，具有4项专利保护，能同时工作于CCM/DCM/QR等模式，ON/Dead Time可调整，保护周全与电源系统搭配性佳，High Side(上桥)及Low Side(下桥)都可使用，可搭配各家Low Rdson MOSFET，并具备Green mode 节能功能。
同样的SP6018E采SOP-8封装，各pin都有其功能，如Pin1(Timing)为调整同步动作点、Pin2(Pred)为调整死区时间、Pin3(VR)为内部参考电压、Pin4(Adj)为调整动态稳定性、Pin5(GND)为控制器地端、Pin6(MOSG-C)为驱动SR MOSFET栅极、Pin7(Vdd)则是提供工作电压、Pin8 (SYNC)取样电压同步信号。
SP6018与SP6018E的功能上，除了都是SOP-8封装、最大作业电压为16V之外，后者还提供OVP过压保护(自动重启)与节能模式(低于10mW)。以12V/5.42A的电源适配器为例，在待机功耗部份，SP6018E在进入节电模式时，其SYNC pin侦测一次侧的PWM爆发模式状态后，进入睡眠模式，并关闭SR IC内部输出线路，进而达到降低Vcc输入功率。使其Vcc操作电流仅为0.2mA、SR Dissipation(消耗)降为10mW。
SP6018E可应用于下桥、上桥等设计。动作原理是透过负缘判断控制：因SP6018E内部有两个电压比较器，当SR MOSFET Vds在负缘时，SP6018E会计算通过两电压的时间、即触发Output信号给MOS。而SP6018E工作时序采预测式控制：其内部的预测式控制电路，会计算周期启动时间，以步阶的方式调整启动时间。
在内部会有缺省波形与真实的SR MOSFET Vds做比较，类似汽车的倒车雷达，透过预测波形前缘触碰到Vds前缘时，就增加其宽度来保持安全距离，以避免有交越的动作。也可利用Pin2 Pred 外加电容对地，来增加死区时间(dead time)。
在动态调整控制部份，SP6018E的动态调整控制电路，会计算每周期启动时间变化。当下一周期PWM on_time，T1-T2= 600ns(初始值)时，SP6018E立刻将Pin6输出工作周期缩减至最小至1us，以避免SR MOSFET交越动作。
以SR Vds与Vgs波形在Surge(浪涌)测试时，当能量打在Vds前缘的时候，可以看到MOS Vds的变化，突波也会变高，此时便符合动态负载的保护条件(>600ns)，SR gate输出端也就会无条件地缩至最小的ms，来做保护的动作，避免MOS炸掉的危险，然后再周而复始的持续。
至于SP6879+SP6018E同步整流应用波形中，在SR MOS于90Vac的轻载、中载到满载的情况下，可看出VCM到CCM设计的波形图。而在高压(264Vac)部份，也可看出IC从VCM到QR操作模式的变化。
三项武器同导入 安规不再费工夫
至于搭配SP689+SP6879的60W(12V-5A)适配器效能部份，于空载时，230Vac电压输入时待机电流可以小于100mW。OTP与OCP的保护点也非常的近。而60W适配器若同时导入SP689+SP6879+SP6018E，在230V/50Hz的25%、50%、75%、100%的负载之下，平均能效达到90.68% (>90%)，符合6级能效的标准。
因此60W (12V-5A)适配器可用SP689来取代现行的高压启动IC、以SP6879取代QR Mode PWM IC、再加以SP6018E取代同步整流部份，来将整体电源效率做有效的提升。
运用上述产品所设计出来的60W适配器，可符合CoC V5 Tier2电源规范、低待机功耗 (空载条件于输入230VAC时 <0.1W)、高效率 (满载条件于输入230VAC时>90%)、高精度的OVP (保护动作电压16V±5%)、高精度的过电流OCP (补偿特性<10%)等以上的特性与效能。
整体而言，擎力的各式绿能电源IC解决方案，瞄准各项应用领域，如PC？服务器？工业电脑的电源供应器、LED电源供应器、打印机？游戏机、笔记本电脑变压器、LED TV？屏幕、智能手机？平板？多孔USB充电器、DC/DC独立模块、机顶盒等等，提供各式3C产品最佳的用电效率，并进一步符合各国安规标准，以达到绿能省电的目的。
