降低充電器和適配器應用中的無(wú)負載總功耗

本文簡(jiǎn)要介紹如何利用ST的二次側器件TSM家族降低充電器和電源適配器的無(wú)負載功耗，這個(gè)家族具有精確的電壓和電流調節功能，而且在無(wú)負載條件下可以使整個(gè)系統在無(wú)負載條件下將總功耗降到近100mW。
　　TSM101x家族產(chǎn)品集成了一個(gè)電壓基準器件和兩個(gè)運算放大器，是高度集成的需要恒壓（CV）和恒流（CC）模式的開(kāi)關(guān)電源解決方案。電壓基準器件和一個(gè)運算放大器的集成使之成為理想的電壓控制器。另外一個(gè)運算放大器再與這個(gè)集成的電壓基準器件和幾個(gè)外部電阻器配合，可以起到一個(gè)限流器的功能。
　　這些產(chǎn)品用于要求恒壓和輸出限流的充電器以及適配器，可以用于電壓參考精度在0.5%到1%之間的各類(lèi)應用。
在一個(gè)典型的充電器和適配器系統內，不同的因素都會(huì )在無(wú)負載條件下提高總功耗。但是，從廣度上說(shuō)，總功耗可以分成二次側產(chǎn)生的功耗(P_out)和一次側產(chǎn)生的功耗(P_in)。
　　二次側功耗
　　本文著(zhù)重介紹如何降低二次側功耗，所以，我們從思考開(kāi)關(guān)電源應用二次側的典型電路圖開(kāi)始介紹，見(jiàn)下圖1。

　恒流-恒壓標準器件是一個(gè)集成了兩個(gè)運算放大器的單片集成電路。在這兩個(gè)運算放大器中，一個(gè)是獨立的器件，而另一個(gè)的非逆變輸入與一個(gè)2.5V固定電壓基準電路相連。ST的TSM103W是這種二次側器件的一個(gè)典型應用。
　　恒流-恒壓器件通常是并聯(lián)電路，這意味著(zhù)內部電流發(fā)生器需要一個(gè)外電源，以極化并將基準電壓固定在2.5V (Vref = 2.5V)。

　　如果我們假定V_out連接一個(gè)沒(méi)電的電池，我們將會(huì )看到圖2的輸出電壓-電流特性曲線(xiàn)。
　　從圖2中我們不難看出，負載采用逐漸充電方式，先提高電流，然后再提高電壓，以便壓降達到最小值。這種逐漸充電的方法確保電流得到限制，實(shí)現穩定的電流。此后，電壓開(kāi)始上升（同時(shí)電流保持恒定），直到恒定的電壓值為止。
　　在一個(gè)典型的適配器應用中，最大輸出電壓20V（無(wú)負載條件下），最小輸出電壓5V（維持恒流的最小電壓值）。
　　為了維持V_{out_min} = 5V, V_{cc_min} = 5V，給Vref加偏壓所需的最小電流值1mA，這表示：
　　因此，為了維持V_{out_min} = 5V，我們必須將基準電阻固定在Rref = 2.5k健
既然我們固定了基準電阻Rref，我們就應該考慮V_out_max = 20V的無(wú)負載條件。根據下面的公式：
　　二次側的總功耗通過(guò)下面的公式計算：P_out = V_out V_tot
　　其中I_tot = I_cc + I_ref + I_opto
　　而且，驅動(dòng)一個(gè)光耦合器所需的電流I_opto 通常為1.5mA。
　　這說(shuō)明對于一個(gè)V_out = 20V, I_ref = 7mA, I_cc = 1.5mA，I_opto = 1.5mA的無(wú)負載典型系統，二次側功耗(P_out)等于：
　　P_out = (V_out V_tot) = (V_tot (I_ref + I_cc + I_opto)) = (20V (7mA + 1.5mA + 1.5mA)) = (20V 10mA) =200mW

　　一次側功耗
　　現在我們將注意力轉向一個(gè)典型適配器應用的一次側，一個(gè)開(kāi)關(guān)電源的一次側由若干個(gè)功能塊（例如：功率因數校正和脈寬調制）構成，每個(gè)集成塊都會(huì )提高器件的總功耗。但是，因一次側功能塊引起的總功耗在無(wú)負載條件下通常假定為80mW左右（因為充電器和適配器的功率范圍在5W之內）。
　　額定功效 是有關(guān)一次側總體功耗的關(guān)鍵系數，最高的額定功效大約50%。這就是說(shuō)，將1mW的功率傳輸到二次側，在一次側需要2mW的功率。