PowerLab 筆記：AC/DC 電話(huà)及平板電腦充電器

很明顯，智能手機與平板電腦時(shí)代已經(jīng)改變了每個(gè)人的生活。然而電源設計人員可能是唯一注意到這些產(chǎn)品制造商還掀起了 AC/DC 適配器革命的人。畢竟沒(méi)有人愿意把自己的小型智能手機插在碩大的電源上

還記得十年前這些龐大的“墻插式電源”嗎？

除外形小巧外，充電器還必須盡量低成本、高效率。

就在幾年以前，有人曾邀請我為一家大型售后配件制造商設計一款 5W 智能手機充電器。我嘗試采用一款我們行業(yè)標準的低成本固定頻率控制器來(lái)設計該充電器，但未能成功。尺寸要求結果只是我所面臨的難題之一。滿(mǎn)負載及空載條件下的功耗與整體解決方案成本需要一款新型控制器。在最初有人這樣要求之后，其它類(lèi)似的商機也開(kāi)始有規律地涌現。經(jīng)過(guò)幾次不成功的嘗試后，我就放棄了。

幸運的是 2012 年德州儀器 (TI) 推出了UCC28700/UCC28710系列反激式控制器。最后，我有了設計 AC/DC 充電器所需的工具，設計出的充電器在尺寸、效率及成本上都可媲美或超越現有充電器。采用專(zhuān)門(mén)為自己的應用構建的控制器，可大幅簡(jiǎn)化電源設計。

Brian 演示 UCC28700 5W 適配器參考設計

該全新系列部件具有我非常需要的特性，包括：

• 支持更高效率的準諧振控制；
• 猝發(fā)模式工作；
• 可最大限度降低空載功耗的低啟動(dòng)電流；
• 一次側調節無(wú)需光耦合器，可降低成本、縮小尺寸。

該適配器的設計并非看上去那么復雜。由于控制電池充電的器件實(shí)際所處的位置在電話(huà)或平板電腦內部，因此“充電器”一詞可能有點(diǎn)用詞不當。AC/DC 充電器實(shí)際上就是把 5 伏電壓提供給 USB 端口的電源。

訣竅就是把它做小。我花了大量設計時(shí)間在互聯(lián)網(wǎng)上“購買(mǎi)”尺寸盡量小而且又能滿(mǎn)足所有設計需求的輸入電容器、FET 及輸出電容器。

最大限度提高效率不僅對滿(mǎn)足最新效率標準要求很重要，而且也對最大限度縮小尺寸很重要。如果把 2.7W 的耗散放在 1 英寸的立方體內，外部環(huán)境溫度就會(huì )提升 35 攝氏度。如果電源耗散超過(guò)該水平，就需要增大產(chǎn)品尺寸。這就解釋了準諧振控制是一項重要特性的原因。

認真選擇沒(méi)有太大損耗的低價(jià)格FET非常關(guān)鍵。例如在PMP8363中，我從一個(gè)分銷(xiāo)商網(wǎng)站上選擇了標價(jià) 0.21 美元的 3.5 歐姆 FET。這是個(gè)很不錯的起價(jià)，大批量客戶(hù)通過(guò)直接購買(mǎi)應該還能夠獲得更低的價(jià)格。更不錯的是這種 FET 在最大負載條件下，耗散不足 0.25W。

PMP8363的效率圖

以上效率圖說(shuō)明即便在5V輸出電壓下，準諧振控制也能實(shí)現超過(guò)80%的效率

下面是我和我的同事在PowerLab上發(fā)表的幾項智能手機及平板電腦充電器參考設計：

• PMP8363— 10W 方型平板電腦充電器；
• PMP8286— 支持通用設備檢測功能的 10W 方型平板電腦充電器；
• PMP4351— 單片 PCB 上構建的 10W 平板電腦充電器；
• PMP8757— 5W 方型智能手機充電器；
• PMP4335— 單片 PCB 上的 5W 智能手機充電器；
• PMP4344— 單片 PCB 上的 6W 智能手機充電器。

*注：如果您對汽車(chē)充電器有興趣，我的同事在這里發(fā)了一個(gè)關(guān)于汽車(chē)充電器設計的帖子。