《電子技術(shù)應(yīng)用》
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高效率超低待機(jī)功耗的手機(jī)充電器設(shè)計
摘要: 為適應(yīng)手機(jī)充電器的技術(shù)革新和發(fā)展,新進(jìn)半導(dǎo)體制造有限公司(簡稱BCD 半導(dǎo)體)于近期推出一種新的電源控制芯片AP3768,并基于AP3768 開發(fā)出全面滿足能源之星外部電源2.0 標(biāo)準(zhǔn)和五星級標(biāo)準(zhǔn)的充電器方案。
Abstract:
Key words :

Power Integrations最近推出的LinkSwitch-II初級側(cè)控制離線式開關(guān)IC產(chǎn)品系列的新品LNK632DG器件,能使制造商輕松滿足包括能源之星EPS v2.0在內(nèi)的全球所有的低功率充電器/適配器能效及空載規(guī)范,包括最近由諾基亞、三星、索尼愛立信、摩托羅拉和LG電子五大手機(jī)制造商聯(lián)合發(fā)布的充電器五星級標(biāo)準(zhǔn),引起了許多參觀者的興趣。為適應(yīng)手機(jī)充電器的技術(shù)革新和發(fā)展,新進(jìn)半導(dǎo)體制造有限公司(簡稱BCD 半導(dǎo)體)于近期推出一種新的電源控制芯片AP3768,并基于AP3768 開發(fā)出全面滿足能源之星外部電源2.0 標(biāo)準(zhǔn)和五星級標(biāo)準(zhǔn)的充電器方案。

  AP3768/66/65 系列產(chǎn)品是專門為電池充電器和電源適配器而設(shè)計的第二代高性能原邊調(diào)整控制器。該系列產(chǎn)品采用“亞微安啟動電流”專利技術(shù),允許實(shí)現(xiàn)30mW待機(jī)功耗。IC采用先進(jìn)的原邊調(diào)整控制(PSR)技術(shù)實(shí)現(xiàn)高精度的恒壓/恒流(CV/CC)控制,無需光耦、二次側(cè)控制電路和環(huán)路補(bǔ)償電路即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠地工作??蛰d時,通過降低工作頻率減少待機(jī)功耗,實(shí)現(xiàn)了230V 線電壓條件下30mW 以下的待機(jī)功耗;采用隨機(jī)頻率調(diào)制技術(shù)降低系統(tǒng)EMI,系統(tǒng)無需Y 電容。圖1 為AP3768 的管腳圖。

AP3768 的管腳圖

  圖1 AP3768 的管腳圖

  圖2a,b 分別為基于AP3768 的5V/700mA 應(yīng)用原理圖和樣機(jī)演示圖。圖2a中的R3、R4 和C4 組成啟動電路,為AP3768 啟動提供啟動電流,R5、R6、R7 與電流取樣電阻R2 組成一個電阻分壓補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)線電壓補(bǔ)償,保證了輸出恒定電流(CC)精度。變壓器的輔助繞組通過R16 和R15 分壓為AP3768 提供反饋信號,實(shí)現(xiàn)輸出電壓控制。同時,還通過D3 的整流為AP3768 提供正常工作時的工作電壓。R9 為輸出電纜補(bǔ)償(cable compensation)電阻,改變R9 的阻值可以調(diào)整輸出電壓補(bǔ)償值,滿足不同線徑、長度電纜線末端的電壓調(diào)整率。

 

AP3768 應(yīng)用原理圖

圖2a AP3768 應(yīng)用原理圖

 

AP3768 的系統(tǒng)演示板

  以下為該方案的測試結(jié)果,測試時在系統(tǒng)板輸出端接有長度為1.8m、 AWG26的輸出線。

1. 待機(jī)功耗(Standby Power)

  手機(jī)充電器五星級標(biāo)準(zhǔn)為了達(dá)到節(jié)能的要求,對待機(jī)功耗有嚴(yán)格的規(guī)定,要求在輸入為230VAC 時,系統(tǒng)得到待機(jī)功耗要小于30mW。

  表1 待機(jī)功耗

機(jī)功耗

  從表1 中可以看出,本方案在230V 輸入時,空載的損耗只有24.6mW,滿足了五星級要求,并且有了足夠的裕量。

  2. 輸出電壓、電流曲線(I-V Curve)

  系統(tǒng)的輸出電壓、電流的測試端在26AWG 輸出線末端。由于AP3768 有可調(diào)的輸出線纜壓降補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償,因此,在不同的環(huán)境溫度(-5℃至45℃),不同的輸入電壓下,系統(tǒng)都能獲得良好的輸出電壓、電流特性。

系統(tǒng)的輸出電壓

  圖3 系統(tǒng)的輸出電壓、電流特性

  AP3768 系統(tǒng)在-5℃至45℃的環(huán)境溫度,交流85V 至265V 的輸入電壓下,輸出電壓調(diào)整率可以做到±1.25%,輸出電流調(diào)整率為40mA,為批量生產(chǎn)留了足夠的裕量。系統(tǒng)恒流輸出時的電壓范圍為1V-5V,可以在很大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)恒流輸出。在系統(tǒng)輸出短路的情況下,控制芯片進(jìn)入打嗝(hiccup)模式,降低了系統(tǒng)功率,保證了系統(tǒng)的安全。

  3. 系統(tǒng)的效率

  2008 年10 月能源之星發(fā)布了最新的2.0 版外部電源能效標(biāo)準(zhǔn),新的能源之星2.0 規(guī)范與任何規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)相比,提出了更嚴(yán)格的帶載效率要求。該規(guī)范規(guī)定,輸出3.5W(5V/700mA)的電源,平均效率必須達(dá)到65.5%。

  AP3768 的工作電流只有300uA,而且在輕載時,采用了線性降低工作頻率的方式,降低了輕載時的開關(guān)損耗,因此,AP3768 的系統(tǒng)很容易滿足能源之星2.0的效率標(biāo)準(zhǔn)。圖4 為AP3768 系統(tǒng)輸出線端的效率測試結(jié)果。在AC 115V 輸入時,系統(tǒng)的平均效率為73.0%,在AC 230V 輸入時,系統(tǒng)的平均效率為71.5%,超出了能源之星外部電源2.0 的能效標(biāo)準(zhǔn)6%。

系統(tǒng)的效率

  圖4 系統(tǒng)的效率4. 輸出紋波

 

  系統(tǒng)在最差情況(交流265V 輸入,700mA 輸出)時,系統(tǒng)輸出電壓的紋波仍小于100mV,僅為87mV。

輸出的低頻紋波輸出的開關(guān)紋波

  圖5a 輸出的低頻紋波                         圖5b 輸出的開關(guān)紋波

 

 5. EMI 測試結(jié)果

  AP3768 中采用了隨機(jī)頻率調(diào)制技術(shù),并且系統(tǒng)的變壓器采用了特有的線圈屏蔽繞法,省去了通常采用的銅皮屏蔽,獲得了良好的效果,也降低了變壓器成本。

  傳導(dǎo)EMI 測試結(jié)果(Line)傳導(dǎo)EMI 測試結(jié)果(neutral)

圖6a 傳導(dǎo)EMI 測試結(jié)果(Line) 圖6b 傳導(dǎo)EMI 測試結(jié)果(neutral)

輻射EMI 測試結(jié)果(Vertical)輻射EMI 測試結(jié)果(Horizontal)

  圖7a 輻射EMI 測試結(jié)果(Vertical)    圖7b 輻射EMI 測試結(jié)果(Horizontal)

  基于AP3768 的手機(jī)充電器方案具有卓越的輸出電壓和輸出電流調(diào)整率,待機(jī)功耗滿足五星級要求并有足夠的量產(chǎn)裕量,平均效率超出了能源之星外部電源2.0 要求6%,輸出紋波小。同時,該方案有良好的EMI 結(jié)果,低于EN55022 標(biāo)準(zhǔn)超過6dB,節(jié)能環(huán)保、綠色,總體成本低,具有很高的性價比和極強(qiáng)的市場競爭力。

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