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內建顯示功能的Intel新系列處理器

2010-02-17 02:44


Intel Core i5-661

隨著處理器製程全面進入45nm技術之後,依照規畫進入新的Nehalem微架構,並推出了新的桌上型處理器Core i7與Core i5系列。Nehalem微架構將原本的Core微架構做了改良,最重要是它將傳統位於北橋晶片的記憶體控制器整合進來處理器。在推出的產品當中,主要是高效能的四核心產品,除了部分較低階的產品不具有HyperThreading技術外,高階的產品幾乎都有。不過對於主流級市場或是一般工作環境的運用,雙核心的產品似乎比較適當,對不少一般的使用者而言,雙核心的產品已經很夠用了。


大家所熟知的Tick-Tock模型

在2009年下半年時,推出了新的H55晶片組以及1156接腳的Core i7/i5(Lynnfield)系列,依照過去的傳統,在搭配額外顯示卡的主流級晶片組之外,還會推出整合顯示功能的產品,以滿足如辦公室環境或是一般家用市場的需求。這次Intel在P55晶片組外,的確再推出這類的產品,但是設計方式與過去不一樣了,同樣擁有內建繪圖功能,但是顯示核心整合至處理器當中!

Intel推出的整合繪圖功能主流級處理器,研發代號為Clarkdale,正式名稱分別為Core i5-6XX系列以及Core i3-5xx系列,後來還推出更低價的Pentium系列。這個系列產品採用的封裝技術並不是首見,但是整合繪圖晶片的確是項新做法。Clarkdale是一款多晶片單一封裝的設計,即運算核心與繪圖核心是二個個別的晶片,再一起封裝在同一個包裝中。這樣的做法雖然讓生產過程稍為複雜一點,但是組合較具彈性,任何一個晶片有更新設計時,都不會影響太大。


由於繪圖處理器及記憶體控制器皆建於中央處理器中,改變了傳統晶片組的設計

Clarkdale運算核心是採用全新的32nm製程,這是Intel首度引入新製程時就大規模運用在主流產品。過去Intel引進新製程時,通常是先用在高階的產品上,等技術成熟穩定後才擴大至大規模的生產上。這次32nm製程的轉換似乎比過去來得快速且成熟,讓Clarkdale得以一次推出多種產品。目前的32nm製程,採用第二代High-K金屬閘極,閘極高度更僅為0.9nm。在相同的微架構設計,採用更精密的製程,晶片的面積可以縮小,同時在功耗的改進下,處理器核心的頻率也可以再向上提升。目前推出的Core i5及i3系列產品中,全部都是雙核心的設計,並且支援Hyper-Threading技術(Pentium系列除外),當然它一樣整合了雙通道的DDR3記憶體控制器。除了Core i3系列外,內建顯示的新Core i5-6xx系列全部皆支援TurboBoost自動加速技術,這項之前僅有高階產品才擁有的記術,現在主流級產品也可以享用。TurboBoost在設定的功耗之內,會隨著運算需求的提升,自動提升工作頻率,例如現在最高階的i5-670,標準工作時脈為3.46GHz,在TurboBoost加速下,最高可達3.73GHz。Core-i3與Pentium G6950也不支援某些技術,如VT-d、TXT等。


Clarkdale採用LGA1156的接點規格

雖然Clarkdale仍採用Nehalem微架構,但是也做小幅度的改變,那就是加入新的指令!在32nm的Nehalem微架構中共加入七個新指令,而Clarkdale正式首款加入新指令的新處理器系列,新指令中有六個是支援先進加密標準(AES)的指令,稱為AESNI,另外一個則是不進位的乘法指令(PCLMLQDQ)。由於現在的應用環境不論是網路或是資料保密,有許多使用AES加解密的時機,在處理器中加入處理AES的指令後,將可加速AES的運算。AESNI目前在Pentium G6950與Core i3系列並不支援。

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AMD ATI Radeon HD5970為超強顯示卡新王者

2010-02-12 01:53

在目前的個人電腦系統元件中,繪圖處理器是目前最複雜的半導體,新一代高階繪圖處理器內部的電晶體數量早就大幅超過主流的中央處理器了,甚至單純資料的平行運算能力也超越中央處理器。由於內部架構設計複雜,讓繪圖處理器發展與摩爾定律接近,只是和中央處理器最大的不同是一般的繪圖處理器發展與作業系統,特別是微軟的DirectX版本習習相關,因為沒有隨著DircetX大版本更新,在遊戲的支援度會打一些折扣。隨著支援DirectX 11的Windows 7即將推出之際,繪圖處理器也準備進入支援DirectX 11世代的產品了。


長度超過12吋的全長卡

AMD宣布推出第一款支援DX11的高階產品,即AMD ATi Radeon HD5870時,向大家說明這個新的Evergreen系列,產品代碼(Codename)包括HD5870為Cypress,接下來要推出的雙繪圖處理器產品稱為Hemlock,而中階的產品為Juniper以及入門級的Redwood及Cedar,這產品代號皆是常青樹名,因此。在之前產品中,例如HD4000系列中,使用雙繪圖處理器的產品仍是設定在高階HD4800編號當中,但是這次推出的雙繪圖處理器產品,雖然還是使用高階的晶片,但是自成一個新系列了,代號為Hemlock稱為AMD ATI Radeon HD5970。

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功率低於75 W的極低待機功耗適配器設計及應用

2010-02-08 01:44

電源適配器廣泛應用於筆記型電腦、遊戲機、印表機、DSL數據機和手機等領域,應用規模非常龐大。而從人們的使用習慣來看,此類設備也有相當比例的時間處於輕載或待機(空載)工作模式。因此,“能源之星”等規範標準在致力於提升此類設備所用電源適配器工作效能的同時,也注重提升輕載效能及降低待機能耗。

例如,美國環保署(EPA) 2.0版“能源之星”外部電源規範(簡稱EPA 2.0)在1.1版基礎上進一步提高了效能要求(見表1),其中Ln為額定輸出功率的自然對數。


表1:美國環保署“能源之星”外部電源的1.1及2.0版規範。

不同適配器的功率等級相差較大,而根據IEC61000-3-2等標準的要求,功率大於75 W的電源需要增加功率因數校正(PFC),低於75 W則無此要求。本文着重討論功率低於75 W適配器滿足EPA 2.0新規範所需要的功能,以及能夠提供展示所需功能的安森美半導體高性能、高效能控制器。

滿足效能規範的途徑

要滿足上述規範對外部電源工作效能及待機能耗的要求,我們首先需要分析清楚損耗的來源。事實上,就工作時的損耗來說,主要包括兩個方面,分別是開關損耗和由泄漏電感導致的損耗,此兩類損耗分別可以用等式(1)和等式(2)來量化:


等式(1)


等式(2)

從此兩個等式中可以看出,要提升工作效能,有兩種途徑:一是降低開關頻率(FSW),即在輕載時採用頻率反走技術;二是降低關閉時的漏極電壓(VDRAIN(turn-off)),相應地可以採用谷底開關技術。

而就待機模式而言,一個重要的損耗來源於啟動電路的靜態損耗,即啟動電阻持續地從大電容消耗電流,造成功率損耗。而降低啟動電路損耗的途徑有多種,如採用具有極低啟動電流的控制器、採用關斷時泄漏電流極低的整合啟動電流源,以及連接啟動電路至半波整流交流輸入等。

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中大尺寸液晶電視AC-DC電源架搆及最新LED背光方案

2010-01-28 00:49

近年來,液晶電視(LCD TV)市場快速發展。市場研究機搆DisplaySearch預計,2008年到2012年間的年復合成長率(CAGR)高達16%,其中2009年的出貨總量預計達1.4億台,而這個數字到2012年將超過2億。

在市場規模迅速擴大的同時,在規範標準及綠色營銷的壓力下,液晶電視的工作及待機能耗也越來越低。如“能源之星”4.0版規範及5.0版規範相繼將於2010年5月及2012年5月生效,其中5.0版要求螢幕對角尺寸32吋、42吋和60吋的平板電視平均工作能耗從4.0版不超過78 W、115 W和210 W,下降到不超過55 W、81 W和108 W,相當於兩年時間內降低能耗約50%。

在液晶電視的總能耗中,統計顯示,背光所消耗的電能比例高達2/3。故液晶電視的另一項重要趨勢是採用新技術來提升背光及面板效能,降低能耗。在液晶電視背光源方面,目前冷陰極熒光燈(CCFL)背光源占據支配地位,但此技術不但能耗高,且包含劇毒物質汞不利於環保,燈管呈條型或U型,使用壽命短;相較而言,新興的發光二極體(LED)背光耗電量更小,不含汞,尺寸更易於配置為更均勻的背光,使用壽命更長,故LED背光在液晶電視中極具應用潛力。據統計,2009年採用LED背光源的液晶電視比例為3%,預計未來幾年此一比例將迅速提高,到2014年將達到50%,完全可與CCFL背光分庭抗禮,並進一步取代CCFL背光。

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更省電且效能更好的nVIDIA Tegra 250

00:38

就在不久前結束的 CES舉辦時,nVIDIA執行長黃仁勳在記者會中展示了新一代的Tegra處理器,擁有極低的功耗及效能更佳的特性,現在產品名稱正式命名為Tegra 250。

nVIDIA在2008年推出Tegra處理器,它採用了ARM架構,再加上強力的影音多媒體功能,是專門針對小型移動等裝置而設計,讓不少人感到訝異,對市場也有一些影響。不過在第一代Tegra處理器中,對於影音的支援能力還不算太強,像是視訊部分只支援到720p,到後來的Tegra 650才開始支援1080p。這次新推出的Tegra 250內部架構改變了不少,讓效能強化許多。

在Tegra 250內部架中,大概可以區分為八個處理單元,分別為二個ARM Cortex-A9處理器、一個ARM7、圖像處理器、HD視訊編碼/解碼器、音訊處理器及2D/3D繪圖處理器,據說有前一代十倍的效能表現!其中雙ARM Cortex-A9的設計讓Tegra 250成為目前全球首款移動式裝置的雙核心處理器,工作頻率達到1GHz,提供極高的效能表現。內建的HD視訊編碼、解碼、音訊處理器,可以支援Full HD的播放能力,其中支援H.264、VC-1及MPEG-4的解碼,影片編碼功能則是支援H.264格式。而AAC、AMR、WMA及MP3等多種音訊標準,當然也都在支援之列。

身為全球主要繪圖處理器供應商的nVIDIA,在Tegra 250中當然不能省掉這一塊,內部分擁有的2D/3D影像處理器,正是讓Tegra 250擁有繪圖效能表現,在展示產品中,甚至可以執行3D的遊戲,3D效能大概為前一代的2倍!

除了擁有高運作效能外,Tegra 250的功耗表現也極為驚人,目前Tegra 250採用台積電的40nm製程,功耗據說只有0.5W!加上更好的動態電壓及頻率縮放到電源管理技術下,將可擁有超過140小時音樂及16小時高畫質視訊的播放時間。由於Tegra 250功耗極低,基本上並不需要散熱片及風扇,讓產品的製作成本更低。

Tegra 250的運算核心仍是ARM架構,並不是x86架構,因此無法執行Windows類的作業系統。然而以手持等行動、連網裝置為目標的Tegra 250,本來就不需要執行微軟肥大的作業系統,反而像是Google Android更為適用。而低功耗的特性,不僅可用在小型的播放器,亦能應用在較大型的平板電腦、電子書閱讀器,甚至是SmartBook上,目前國內已經有多家製造商製作出相關的硬體產品了。其中平板電腦似乎有捲土重來的趨勢,亦有多款產品準備好要推出了,就讓大家拭目以待。

AMD DX11世代顯示晶片即將全員到齊

2010-01-22 04:14

AMD在不久前推出了最新的ATI Radeon HD5670之後,加上在美國 CES展時推出全系列筆電適用的顯示晶片,近期將再推出桌上型入門級產品,屆時AMD在整個DX11世代產品部分,不論桌上型、筆電專用都將從入門到高階全員到齊,新世代HD5000系列顯示晶片布局將完成。

在前不久才結束的美國CES消費電子展當中,AMD在顯示晶片部分,主要宣布筆電專用的繪圖處理器,亦是目前最早全面支援DX11的筆電專用產品。這部分從高階的ATI MobilityHD5800開始,包含有效能級的HD5700/5600系列、主流級的HD5470/HD5450至入門級的HD5430為止,讓製造商可以依照市場需求搭配使用。此系列產品當中,除了支援DX11之外,都支援AMD Stream技術及新的Eyefinity技術,前者是利用繪圖處理器做大量資料平行運算,目前已可在Windows 7下使用。至於後者即是此世代產品加上的多重顯示器技術,依照等級的不同,可支援六~四個顯示器。由於應用在筆電上,此系列的繪圖處理器擁有比以往更低的功耗以及更佳的電源管理機制,如硬體直接管理顯示面板背光及快速在內建與獨立繪圖處理器切換的功能。

在筆電的市場當中,AMD也提出XGP的解決方案。所謂的XGP是在筆電上預留一個外接介面,目前是採用PCIe X8傳輸規格,以便接上外部的顯示卡裝置。此方案提出之後,目前在宏碁(Acer)的產品上可以選擇,不過第一代產品應用的是HD4670。在新一代產品上,AMD已經將原有的機構稍做改變,放入最新的HD5800系列繪圖處理器做展示,不僅擁有更高的顯示效能,亦提供了多種輸出連接埠,甚至還有提供額外的USB埠,讓筆電的顯示效能及擴充能力更佳。

在目前顯示卡、顯示器市場當中,3D已經成為十分熱門的功能,AMD亦提供相對應的方案。在 3D顯示時,除了要擁有支援120Hz以上的顯示器外,控制液晶式的眼鏡及中介軟體都是主要構成元件之一。和對手提出的專用產品設計不同,AMD採用較開放的設計,3D立體眼鏡部分讓消費者有更多樣且更便宜的選擇,只要它能搭配AMD顯示卡使用即可。

至於桌上型的產品部分,在不久前正式推出的中階主流級AMD ATI Radeon HD5670之後,剩下的就是屬於入門級等級產品,依據AMD的規畫,入門級產品預計會有二個系列推出,推出時程應該都在二月中之前。此二系列產品都將擁有相當低的功耗設計,對於不需要太高3D顯示效能,卻又需要多個顯示器輸出以及高效能視訊處理的應用時,將是物廉價美的新選擇。

PhysX技術讓蝙蝠俠:小丑大逃亡效果更佳

2010-01-20 19:15

許多愛玩遊戲的人都要求採用較快的處理器與顯示卡,以期在玩遊戲時可以獲得較佳的效果。於是中央處理器與顯示卡上的繪圖處理器速度不斷的向上攀升,並且隨著Windows作業系統的DirectX版本而更新。到了現在,大家可能早已發現繪圖處理器速度真的很快,遊戲畫面也能做得比以往更精細,畫質也越好,但是總是覺得有一些缺憾。

事實上以現在的中高階繪圖處理器來看,幾乎都足以應付所有遊戲的需求了,甚至許多遊戲軟體都無法完全發揮繪圖處理器所有效能!在這種情況下,有些人開始思考遊戲軟體要如何提供更好的效果?繪圖處理器是否可以做更多的事?繪圖處理器提供商之一的nVIDIA便提出了PhysX技術,來提供新一代遊戲軟體應用。

PhysX技術一般稱之為物理加速,是nVIDIA在2008併購Ageia而取得相關技術,現在與Ageia當初設計出單獨的輔助處理器不同,nVIDIA利用CUDA技術來計算PhysX,即支援CUDA的繪圖處理器都會支援PhysX。除了直接同時使用繪圖處理器的運算能力外,使用者亦能在系統中加裝額外的顯示卡,設定為專門計算PhysX之用。

為什麼PhysX對遊戲有很大的影響?一般在電腦上做繪圖計算,主要是追求物體/光線的像真度,一般的3D電玩都是如此,雖然在計算能力提升下,即時顯示的物件更加逼真,但是還有一些部分待突破,特別是物體間的互動。在真實世界當中,物體有其本身的物理特性,不同材質相碰到時,也有不同的反應才是。受限於處理器的速度下,過去電玩裡的物件總是很固定,招牌/玻璃被子彈打到都無動於衷,布料可能只是一片,不會有飄動或是破裂的情況,這種情況在真實世界中是不可能出現!不同物體間碰到時都會有作用力發生,不同材質也有不同的特性,這些都可以稱為物理性。現在利用PhysX技術,就可以讓電玩裡的物件更像真實世界,顯示效果也更加真實,像是布料材質、水、煙霧或是爆炸等都能逼真呈現。這些效果沒有PhysX技術做不出來嗎?當然不是,只要設計者願意,都可以利用中央處理器與繪圖顯示器計算出來,但是要花很多計算時間,大概沒有玩家願意忍受吧!

PhysX技術的推出,理論上會有很好的效果,但是若沒有應用軟體或是遊戲軟體支援就沒有什麼用,還好PhysX目前受到許多電玩開發及發行商的支援,已經有許多款遊戲加入支援的行列,部分舊的遊戲甚至推出更新版而支援PhysX!不少新推出的遊戲更是把PhysX發揮到最佳,這次我們就以「蝙蝠俠:小丑大逃亡(Batman:Arkham Asylum)」這款最新的遊戲來向大家說明有沒有PhysX的差別。

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Intel正式推出32nm製程的新一代Core系列處理器

2010-01-13 02:49

Intel宣布正式推出新一代Core系列處理器,從桌上型、筆記型到嵌入式系統等不同系列,共計超過二十五款新產品,同時也推出新一代的系統晶片組及無線網路卡產品。其中新的處理器更整合繪圖處理器,提供比以往更佳優異的顯示效能。

在Intel的製程與微架構變動計畫下,在引入新的Nehalem微架構之後,現在輪到更換新的半導體製程了,即是之前所宣布的新一代製程為32nm。也就是相同的微架構設計,採用更精密的製程後,晶片的面積可以縮小,在功耗的改進下,處理器核心的頻率也可以再向上提升。目前使用的32nm製程,也採用第二代High-K金屬閘極,閘極高度更僅為0.9nm。過去在半導體業中,引進全新的製程時,總是會先用某些元件(如SRAM)來試產,等製程穩定後才會生產主力產品,但是這次Intel更新製程時,很快就用來生產主力產品,這是Intel第一次如此立即運用新製程來生產不同價位處理器。

這次推出的新處理器,除了採用新的32nm製程外,更整合了繪圖處理器。即新的單一處理器封裝中,不僅具有運算處理單元,還整合了記憶體控制器及繪圖處理器,讓系統晶片組及主機板都變得更為簡單。不過繪圖處理器部分並未真正整合至處理運算晶片當中,而是採用雙晶片(中央處理器+繪圖處理器)封裝在一起,目前這個繪圖處理器應該還是採用45nm所生產。此繪圖處理器擁有比以往產品更高的繪圖效能,這個稱為Intel HD Graphics繪圖處理器,提供平順的高畫質(HD)視訊播放能力,並完全支援Windows 7作業系統,也可以輕鬆應付一般的3D遊戲而不需要額外的顯示卡。

此次Intel推出的Core系列處理器,主要有針對筆記型及桌上型系統,亦有為工控系統,如資訊站等使用的嵌入式系統適用的產品。筆記型電腦適用的產品主要有Core i7/i5/i3三個系列,目前推出的產品皆為雙核心並支援HyperThreading,即有四個執行緒,擁有比以往更好的效能。這三個系列產品,除了工作時脈不同之外,主要是以內建繪圖處理器的工作頻率及是否支援TurboBoost加速技術來區分。

桌上型產品部分,整合繪圖功能的新處理器目前有Core i5-6×0系列及i3-5×0二大系列,與之前推出的i7-9×0/8×0及i5-7×0最大的差別就是在此及運算核心數,i5-6×0/i3-5×0這二個新系列全部都是支援HyperThreading的雙運算核心。在i5-6xx系列當中,除了i5-661為900MHz外,其繪圖處理器工作時脈皆為733MHz,目前最高階的i5-670,標準工作時脈為3.46GHz,在TurboBoost加速下,最高可達3.73GHz。

由於新的處理器具有繪圖功能,無法搭配原來的P55晶片組(因顯示功能無法輸出),因此Intel也推出新的H55/H57晶片組來對應。

在筆記型電腦平台部分,除了新處理器與系統晶片組外,Intel也推出四款Centrino無線網路卡,其中三款為純粹的802.11n無線網卡,三款產品的差別在於發射與接收天線數不同,讓它們最高的資料傳輸率有所不同。Centrino Advanced-N+WiMAX 6250,除了支援802.11n外,更支援新一代的WiMAX無線通訊功能。

交錯式PFC技術趨勢及新穎的單晶片交錯式PFC控制器的應用

2010-01-09 03:15

近年來,在一些對尺寸嚴格要求的應用中,如纖薄型液晶電視或筆記型電腦適配器等,一種新興的功率因數校正(PFC)技術-交錯式PFC的使用越來越多。所謂交錯式PFC,是在原本單個較大功率PFC段的地方並行放置2個功率為其一半的較小功率PFC段來替代,參見圖1。這兩個功率較小的PFC段以180°的相移交替工作,總輸入電流(IL(tot))和總輸出電流(ID(tot))紋波都將大幅降低。

雖然交錯式PFC使用相對較多的元器件,但卻擁有很多優勢。例如,150 W的PFC比300 W PFC更易於設計、便於採取模組化途徑、散熱更好及可以擴展臨界導電模式(CrM)應用範圍等。另外,兩個不連續導電模式(DCM) PFC看上去像一個連續導電模式(CCM) PFC,簡化了電磁干擾(EMI)濾波設計,減小輸出均方根(RMS)電流,從而減少損耗及發熱,提高設計的可靠性。尤其值得稱道的是,交錯式PFC支援使用尺寸更小的元器件,從而利於纖薄設計,增強產品賣點。


圖1:採用兩顆NCP1601 PFC控制器實現的交錯式PFC架構功能電子方塊圖

圖1顯示的交錯式PFC是一種離散式的解決方案,採用了2顆NCP1601晶片。NCP1601是一款緊湊的固定頻率DCM或CrM PFC控制器,採用SOIC-8或PDIP-8封裝,能夠充分利用DCM及CrM這兩種工作模式的優勢,如DCM限制最大開關頻率,CrM限制升壓二極體、MOSFET及電感的最大電流,降低成本及提升電路可靠性。這2顆NCP1601 PFC控制器驅動2個PFC分支,這2個分支同步但獨立工作,從而保證了DCM工作模式(零電流檢測),沒有CCM工作模式的風險,且在滿載條件下2個分支都進入CrM工作模式。

新穎的單晶片2相交錯式PFC控制器

與上述離散式交錯PFC不同,NCP1631是安森美半導體新推出的一款單晶片2相交錯式PFC控制器,採用SOIC-16封裝,替代2顆NCP1601,驅動2個PFC支路,提供接近1的高功率因數。此元件可以實現同樣的低高度設計,適合任何需要PFC的離線式應用尤其是纖薄型應用如平板電視,典型應用示意圖如圖2所示。

對於交錯式PFC的2個支路而言,有兩種方案來工作。其中一種是主/從方案,即主支路自由工作,而從支路以180°相移跟隨主支路工作。這種方案的主要挑戰是維持CrM工作(無CCM,無死區時間)。另一種方案是交互相位方案,即每個相位都在CrM恰當工作,且兩個相位交互作用,設定180°相移。這種方案主要的挑戰是保持恰當的相移,因為雖然維持了CrM工作,但若其中某個相位的導通時間發生擾動,則可能會讓180°相移減弱。NCP1631選擇的是交互相位方案,兩個支路獨立工作,故兩個相位必然在頻率鉗位臨界導電模式(FCCrM)下 工作,防止出現不需要的死區時間或CCM序列的風險。此外,NCP1631內置振盪器充當交錯式時鐘產生器,管理異相工作,使兩個相位交互作用,並在包括啟動、過流保護(OCP)或瞬態序列等所有條件下持續180°相移工作。


圖2:NCP1631典型應用示意圖。

NCP1631滿載時在CrM下工作,輕載時及接近線路過零點時在DCM下工作,從而充當頻率鉗位(由振盪器提供)的CrM控制器,優化完整負載範圍內的能效。FCCrM還縮小電磁干擾(EMI)濾波的頻率範圍,不需要大尺寸電感以限制頻率範圍,支援使用小尺寸電感,如使用150 µH電感(PQ2620)可用於寬主電源範圍的300 W PFC應用。此外,NCP1631還支援頻率反走,降低輕載時的鉗位頻率,進一步改善輕載能效。測試顯示,頻率反走技術提升輕載和空載時的能效。


圖3:NCP1631的引腳輸出及功能描述。

NCP631具有高保護等級,提供過流保護、浪湧電流檢測、單獨引腳用於過壓保護 (OVP) 及欠壓保護 (UVP) 等。例如晶片上的CS引腳監測負電壓VCS,由於VCS與兩個交錯式支路消耗的總輸入電流Iin成正比,故表示可監測Iin。其中CS引腳電流ICS在CS引腳上保持0 V電壓;若ICS超過210 µA,就會觸發過流保護。這個CS引腳同樣提供浪湧電流檢測,當ICS超過14 µA(訊號處於高電平)時,就會關閉輸出驅動,防止損壞MOSFET。晶片上單獨OVP/UVP引腳用於輸出過壓及欠壓保護。此外,BO引腳用於輸入欠壓(BO)檢測,帶50 ms消隱延遲,符合維持時間要求。NCP1631的輸出引腳功能描述見圖3。

NCP1631另一項重要特點是能夠提供 “ pfcOK ” 訊號,能用於啟用/關閉下行轉換器,簡化下行轉換器設計。在PFC段正常工作時 pfcOK訊號是高電平(5 V),能夠用作5 V電源 (電流能力5 mA)。否則,在任何時候檢測到重要故障(如欠壓鎖定條件、熱關閉、欠壓保護、輸入欠壓、閂鎖/關閉、Rt引腳開路等) 而關閉、 或在PFC段獲得額定大電壓前的啟動相位期間、 pfcOK訊號處於低電平。此外,NCP1631還具備前饋功能,從而改善環路補償。

能效測試結果及影響因素

對於基於NCP1631的300 W、寬電壓範圍PFC預轉換器展示板而言,輸出電壓通常為390 V,滿載時輸出電流為770 mA,20%負載時則為154 mA。這兩類輸出電流一般以相同工具測量,在10%及20%這樣的輕載條件下測量必須特別細心,因為1 mA的誤差就可能導致較大的能效差別。例如,20%負載時,輸入功率為63 W,在154 mA正確值的基礎上,若產生1 mA的誤差,如測得為153 mA或155 mA,相應的能效就分別為:100 x 390 x 0.153/63 = 94.7%,及100 x 390 x 0.155/63 = 95.9%,能效相差高達1.2%。

您的瀏覽器可能無法支援顯示此圖片。 值得注意的是,PFC能效並不只取決於控制模式,電感、MOSFET、二極體、EMI濾波器等都會影響能效。例如,採用200 µH PQ2625電感與採用150 µH PQ2620電感時,約輸出負載高於約50%,則能效差別顯著;相當,在輕載條件下,由於頻率反走功能的緣故,能效相差極小。


圖4:對於基於NCP1631的300 W、寬電壓範圍PFC預轉換器展示板能效測試結果。

測試顯示,對於基於NCP1631的300 W、寬電壓範圍PFC預轉換器展示板具有極高能效。在20%至100%負載範圍下,115 Vac線路電壓時能效高於95.8%,230 Vac線路電壓時能效高於97.0%。

總結:

交錯式PFC支援使用較小的元器件,能夠改善熱性能、增大臨界導電模式(CrM)功率範圍並減小電流紋波,非常適合對尺寸要求極為嚴格的纖薄應用,如最新的超薄液晶電視等。安森美半導體在之前以2顆較小NCP1601實現分立式交錯式PFC的基礎上,新推出了新的2相式頻率鉗位臨界導電模式(FCCrM) PFC控制器NCP1631,以單顆IC整合構建強固及緊湊的2相交錯式PFC段所需的全部特性,且外部元件極少。FCCrM及NCP1631提供的頻率反走功能支援使用小電感,測試顯示,在完整負載範圍內均提供高能效。

供稿:安森美半導體

參考資料:

1、《交錯式功率因數校正》,www.onsemi.cn/pub_link/Collateral/iPFC%20-%20Interleaved%20Power%20Factor%20Controller%20-%20bilingual.rev0.pdf,安森美半導體

2、《交錯式功率因數校正段特性》,www.onsemi.com/pub/Collateral/AND8355-D.PDF,安森美半導體

3、NCP1631數據手冊,www.onsemi.cn/pub/Collateral/NCP1631-D.PDF,安森美半導體

符合“能源之星”固態照明標準的離線型LED驅動器GreenPoint參考設計

2009-12-31 02:31

隨著高亮度發光二極體(HB-LED) 全面改善光輸出、能效及成本,同時結合小巧、低壓工作及環保等眾多優勢,LED照明(也稱固態照明,SSL)正掀起一場照明革命。而在節能環保的趨勢下,LED照明自然也成為眾多規範機構所瞄準的目標。例如美國能源部“能源之星”項目的1.1版固態照明標準自2009年2月開始生效,中國的中國標準化研究院也正協同相關機構,準備在2010年發佈中國版本的LED照明能效標準。

就“能源之星”的新版固態照明標準而言,此標準的一項重要特點是要求多種住宅照明產品的功率因數最低要達到0.7,其中的一些典型產品有可攜式檯燈、櫥櫃燈及戶外走廊燈等。這類LED照明應用的功率一般在1到12 W間,屬於低功率應用。這類低功率應用最適宜的電源拓撲結構是隔離型反激拓撲結構。不利的是,現有用於設計這些電源的標準設計技術通常使得功率因數(PF)僅在0.5至0.6的範圍。本文將分析現有設計功率因數低的原因,探討改善功率因數的技術及解決方案,介紹相關設計過程及分享測試部分資料,顯示此參考設計如何輕鬆符合“能源之星”固態照明規範對住宅LED照明應用功率因數的要求。

設計背景
典型離線反激電源轉換器在開關穩壓器前面採用全波橋整流器及大電容,選擇這種配置的原因是每2個線路週期內線路功率降低,直到零,然後上升至下一個峰值。大電容作為儲能元件,填補相應所缺失的功率,為開關穩壓器提供更加恆定的輸入,維持電能流向負載。這種配置的功率利用率或輸入線路波形的功率因數較低。線路電流在接近電壓波形峰值的大幅度窄脈衝處消耗,引入了干擾性的高頻諧波。

業界有關被動式功率因數校正( Passive PFC)的方案眾多,這些方案通常都使用較多的額外元器件,其中一種方案就是谷底填穀(valley-fill)整流器,其採用的電解電容和二極體組合增大了線路頻率導通角,從而改善功率因數。實際上,這個過程利用高線路電壓以低電流給串聯電容充電,然後在較低電壓時以較大電流讓電容放電給開關穩壓器。典型應用使用2個電容和3個二極體,而要進一步增強功率因數性能,則使用3顆電容和6個二極體。

圖1:典型填穀電路。

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