2.75W低成本USB充電器/適配器參考設計

　　設計特色
　　
　　·采用革新性控制概念，能夠實(shí)現元件數量少、成本極低的解決方案
　　·初級側控制省去了次級側控制器和光耦器
　　·恒壓(CV)精度：±5%
　　·恒流(CC)精度：±10%
　　·帶遲滯恢復的過(guò)熱保護功能可確保PCB溫度在所有條件下均處于安全范圍內
　　·自動(dòng)重啟動(dòng)：輸出短路和開(kāi)環(huán)保護

　　極高能效
　　
　　·整個(gè)負載范圍內的平均效率：74%（能源之星2.0要求為64%）
　　·空載輸入能耗：在230 VAC輸入情況下小于40 mW
輕松滿(mǎn)足以下標準要求：
　　·EN55022和CISPR-22 B級傳導EMI要求（EMI裕量>10 dBμV）
　　·IEC 61000-4-5 3級AC電涌和ESD承受力
　　·滿(mǎn)足<5 mA的電池放電要求
　　
　　工作原理

　　圖1所示為2.75 W恒壓／恒流(CV/CC)通用輸入充電器電源的電路圖，該設計采用了Power Integrations的LinkSwitch系列產(chǎn)品LNK613DG。這種設計非常適合手機或類(lèi)似的USB充電器應用，包括手機電池充電器、USB充電器或任何有恒壓／恒流特性要求的應用。

圖 1. 2.75 W恒壓／恒流通用輸入充電器電源的電路圖

　　在本設計中，二極管D1至D4對AC輸入進(jìn)行整流，電容C1和C2對DC進(jìn)行濾波。L1、C1和C2組成一個(gè)π型濾波器，對差模傳導EMI噪聲進(jìn)行衰減。這些與Power Integrations的變壓器E-sheild™技術(shù)相結合，使本設計能以充足的裕量輕松滿(mǎn)足EN55022 B級傳導EMI要求，且無(wú)需Y電容。防火、可熔、繞線(xiàn)式電阻RF1提供嚴重故障保護，并可限制啟動(dòng)期間產(chǎn)生的浪涌電流。

　　圖1顯示U1通過(guò)可選偏置電源實(shí)現供電，這樣可以將空載功耗降低到40 mW以下。旁路電容C4的值決定電纜壓降補償的數量。1μF的值對應于對一條0.3 Ω、24 AWG USB輸出電纜的補償。（10 μF電容對0.49 Ω、26 AWG USB輸出電纜進(jìn)行補償。）

　　在恒壓階段，輸出電壓通過(guò)開(kāi)關(guān)控制進(jìn)行調節。輸出電壓通過(guò)跳過(guò)開(kāi)關(guān)周期得以維持。通過(guò)調整使能與禁止周期的比例，可以維持穩壓。這也可以使轉換器的效率在整個(gè)負載范圍內得到優(yōu)化。輕載（涓流充電）條件下，還會(huì )降低電流限流點(diǎn)以減小變壓器磁通密度，進(jìn)而降低音頻噪音和開(kāi)關(guān)損耗。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。

　　當不再跳過(guò)任何開(kāi)關(guān)周期時(shí)（達到最大功率點(diǎn)），LinkSwitch-II內的控制器將切換到恒流模式。需要進(jìn)一步提高負載電流時(shí)，輸出電壓將會(huì )隨之下降。輸出電壓的下降反映在FB引腳電壓上。作為對FB引腳電壓下降的響應，開(kāi)關(guān)頻率將線(xiàn)性下降，從而實(shí)現恒流輸出。

　　D5、R2、R3和C3組成RCD-R箝位電路，用于限制漏感引起的漏極電壓尖峰。電阻R3擁有相對較大的值，用于避免漏感引起的漏極電壓波形振蕩，這樣可以防止關(guān)斷期間的過(guò)度振蕩，從而降低傳導EMI。

　　二極管D7對次級進(jìn)行整流，C7對其進(jìn)行濾波。C6和R7可以共同限制D7上的瞬態(tài)電壓尖峰，并降低傳導及輻射EMI。電阻R8和齊納二極管VR1形成一個(gè)輸出假負載，可以確?？蛰d時(shí)的輸出電壓處于可接受的限制范圍內，并確保充電器從AC市電斷開(kāi)時(shí)電池不會(huì )完全放電。反饋電阻R5和R6設定最大工作頻率與恒壓階段的輸出電壓。

　　設計要點(diǎn)

　　選擇電容C7作為低ESR型電容，可以滿(mǎn)足輸出電壓紋波要求，而無(wú)需使用后級LC濾波器。

　　如果可以接受較低的平均效率（降低3%到4%），則用PN結型二極管來(lái)替代D7，這樣可降低成本。然后根據需要重新調節R5和R6，確保輸出電壓保持基本恒定。

　　在PCB板上，將旁路引腳電容(C4)靠近U1放置。

　　減小箝位和輸出二極管的環(huán)路面積，以降低EMI。

　　使AC輸入和開(kāi)關(guān)節點(diǎn)保持一定距離，降低可能會(huì )繞開(kāi)輸入濾波的噪聲耦合。

　　U1上高壓引腳與低壓引腳之間的爬電距離非常大，可以避免產(chǎn)生電弧并提高可靠性，這在非常潮濕的條件下特別重要。

　　R5和R6應使用容差為1%的電阻，這樣可以提高電壓和電流調節的準確度。

圖 2. 25 °C情況下隨輸入電壓變化的典型恒流／恒壓特性曲線(xiàn)

圖 3. EN55022 B標準的傳導EMI結果。測量電壓為230 VAC，輸出RTN連接到接地端

表 1. 變壓器參數。（AWG = 美國線(xiàn)規，TIW = 三層絕緣線(xiàn)，NC = 無(wú)連接）