PI高效率充電適配器設計解決方案

　　圖2是一款5W通用輸入恒壓/恒流(CV/CC)充電器/適配器的電路設計圖。本設計適用于手機電池充電器、USB充電器或任何有恒壓/恒流特性要求的應用。該電路可為最高1A的負載提供5V恒流輸出，精度為±5%。當需要更大負載時(shí)，電源將進(jìn)入恒流模式，輸出電壓降低，使輸出電流維持在1A±10%。

　　圖2： 5W CV/CC通用輸入充電器電源電路圖

　　這個(gè)電源電路是采用PI的LinkSwitch-II系列產(chǎn)品LNK616PG(U1)而設計的反激式電源。它不是傳統的PWM控制器，而是采用開(kāi)/關(guān)控制來(lái)維持恒壓(CV)階段的穩壓。它通過(guò)跳過(guò)開(kāi)關(guān)周期來(lái)維持輸出功率水平，并通過(guò)調節使能與禁止開(kāi)關(guān)周期的比值和初級限流點(diǎn)來(lái)維持穩壓。這種控制方法在充電器設計中具有諸多獨特優(yōu)勢。隨著(zhù)負載電流的增大，電流限流點(diǎn)也將升高，跳過(guò)的周期也越來(lái)越少，達到最大輸出功率點(diǎn)時(shí)將不再跳過(guò)任何開(kāi)關(guān)周期。當需要進(jìn)一步提高功率時(shí)，輸出電壓會(huì )隨之下降?？刂破鳈z測到壓降后進(jìn)入恒流模式。 在此模式下，隨著(zhù)電流需求的增大，開(kāi)關(guān)頻率將下降，從而實(shí)現線(xiàn)性恒流(CC)輸出。圖3給出了該電路的電流及電壓性能。

　　本設計中有幾大要素可以實(shí)現高效率和低成本。變壓器T1是其中的一個(gè)關(guān)鍵要素，其設計主要由U1中開(kāi)關(guān)元件的性能來(lái)決定。LinkSwitch-II器件集成了700V功率MOSFET用作主要開(kāi)關(guān)元件，這樣可以使工作頻率高達85kHz，幾乎是具有競爭性的BJT設計最高工作頻率45kHz的兩倍。頻率越高，就越容易減小變壓器尺寸及其層數，從而降低變壓器中的電容開(kāi)關(guān)損耗。為降低變壓器可能會(huì )產(chǎn)生的音頻噪音，控制最大磁通密度非常必要。在每個(gè)周期開(kāi)始時(shí)，U1中的MOSFET導通，流經(jīng)T1初級繞組的電流則增大至LinkSwitch-II控制電路所允許的最大值。達到此值后，MOSFET關(guān)斷，儲存在T1中的能量會(huì )在磁場(chǎng)下降時(shí)轉移至次級繞組。輕載條件下，初級限流點(diǎn)下降，從而降低變壓器磁通密度。通過(guò)限流點(diǎn)控制、調整使能與禁止開(kāi)關(guān)周期的比值并根據輸出負載情況減低開(kāi)關(guān)損耗，可以?xún)?yōu)化轉換器在整個(gè)負載范圍內的效率。

　　T1內的抽頭次級繞組5-3-2-NC具有三種功能。繞組2-5可通過(guò)二極管D6向U1提供低壓電源。從低壓次級側獲取功率，而不是在初級側降低電壓，這樣可以使電源在230VAC時(shí)空載功耗不超過(guò)50mW。

　　繞組2-3可向U1的反饋(FB)輸入提供反饋信號。這個(gè)控制引腳可以根據偏置繞組的反激電壓來(lái)調節恒壓模式下的輸出電壓和恒流模式下的輸出電流。采用這種設計后，不僅可以省去輸出路徑中的檢測電阻，還可以省去一個(gè)光耦器和次級控制電路，從而大幅簡(jiǎn)化電源設計。這種控制技術(shù)還能夠自動(dòng)補償變壓器電感容差和內部參數容差隨輸入電壓的變化。

　　變壓器次級中的最后一個(gè)元素是繞組2-NC。這一設計是PI的E-ShieldTM技術(shù)的實(shí)現。此舉可以改善EMI裕量，省去銅箔屏蔽層。

　　另一個(gè)需要考慮的關(guān)鍵元件是整流二極管D7。該二極管的性能對效率有重要影響，因為它要傳送整個(gè)DC負載電流。二極管將要承受的峰值反向電壓由初級開(kāi)關(guān)元件的額定電壓來(lái)決定。其他同類(lèi)設計方案使用額定峰值電壓為600V的開(kāi)關(guān)，這些解決方案要求使用低反射輸出電壓(VOR)，并且D7必須選用60V肖特基二極管。LinkSwitch-II中集成的MOSFET能夠維持700V的電壓，使VOR取較高值。這樣可以降低D7上的應力，從而能選用40V肖特基二極管。40V肖特基二極管不僅成本低廉，而且在2A時(shí)的正向導通壓降只有0.5V，而60V肖特基二極管的正向導通壓降為0.7V。這樣可減少0.4W的峰值功耗，將效率提高5%。