同時(shí)滿足能源之星和EMI要求的高效率充電適配器設(shè)計(jì)解決方案

T1內(nèi)的抽頭次級(jí)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(jí)側(cè)獲取功率，而不是在初級(jí)側(cè)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(hào)。這個(gè)控制引腳可以根據(jù)偏置繞組的反激電壓來(lái)調(diào)節(jié)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(shè)計(jì)后，不僅可以省去輸出路徑中的檢測(cè)電阻，還可以省去一個(gè)光耦器和次級(jí)控制電路，從而大幅簡(jiǎn)化電源設(shè)計(jì)。這種控制技術(shù)還能夠自動(dòng)補(bǔ)償變壓器電感容差和內(nèi)部參數(shù)容差隨輸入電壓的變化。

變壓器次級(jí)中的最后一個(gè)元素是繞組2-NC。這一設(shè)計(jì)是PI的E-ShieldTM技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。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(duì)效率有重要影響，因?yàn)樗獋魉驼麄€(gè)DC負(fù)載電流。二極管將要承受的峰值反向電壓由初級(jí)開(kāi)關(guān)元件的額定電壓來(lái)決定。其他同類設(shè)計(jì)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(yīng)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?qū)▔航抵挥?.5V，而60V肖特基二極管的正向?qū)▔航禐?.7V。這樣可減少0.4W的峰值功耗，將效率提高5%。

采用700V MOSFET的另一個(gè)好處是，電路可以承受交流380V輸入電壓，這樣設(shè)計(jì)的充電器可以在交流供電電壓差別很大的國(guó)家(如印度、俄羅斯、中國(guó)等)始終可靠工作。

提高效率需考慮的最后一個(gè)關(guān)鍵要素是EMI控制。根據(jù)國(guó)際上的兩大能效規(guī)范(EN 55022和CISPR 22 Class B)，產(chǎn)品必須符合EMI標(biāo)準(zhǔn)。電路設(shè)計(jì)自身必須產(chǎn)生較低的EMI。為不良設(shè)計(jì)添加抑制元件是我們所不提倡的，因?yàn)檫@樣會(huì)增加成本、占用空間和吸收更多的功率。可喜的是，LinkSwitch-II器件集成了多個(gè)可降低EMI的有用功能。振蕩器集成有頻率調(diào)制功能，可以擴(kuò)展頻譜。電源在最高80kHz下工作時(shí)，峰值初級(jí)電流會(huì)低于最高頻率為45kHz的設(shè)計(jì)，這樣可以增加差模EMI裕量。這些功能以及E-Shield技術(shù)，大大簡(jiǎn)化了所需EMI抑制元件的設(shè)計(jì)，只需采用一些扼流圈、電阻和電容。

如圖2所示，電路多個(gè)部分采取了防傳導(dǎo)及輻射EMI設(shè)計(jì)。在AC輸入部分，電感L1和L2以及電容C1和C2組成一個(gè)π型濾波器，對(duì)差模傳導(dǎo)EMI噪聲進(jìn)行衰減。D5、R3、R4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R4的值較大，用于避免漏感引起的漏極電壓波形振蕩。C6和R8用來(lái)限制D7上的瞬態(tài)電壓尖峰，并降低傳導(dǎo)及輻射EMI。這些元件可以使電源擁有10dB以上的裕量，輕松滿足EN 55022和CISPR 22 Class B標(biāo)準(zhǔn)。

圖4為采用PI器件設(shè)計(jì)的電源電路樣品，只需為數(shù)不多的元件即可設(shè)計(jì)出這種高效率充電器/適配器，并且完全滿足EMI、安全性及耐用度等要求。

本設(shè)計(jì)所取得的效率要比能源之星EPS 2.0版規(guī)范的5W電源效率要求高6%，但相比之下，低于50mW的超低空載功耗也許更加意義非凡。假設(shè)充電器在充完電后長(zhǎng)期插在插座上，那么與能源之星EPS 2.0版規(guī)范的要求相比，這種超低空載功耗在總能量節(jié)省中的貢獻(xiàn)率可以達(dá)到90%以上。

在5V/1,000mA電源設(shè)計(jì)中，Power Integrations向我們展示了設(shè)計(jì)師如何做才能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出公認(rèn)的最低能效要求，同時(shí)使產(chǎn)品既具成本優(yōu)勢(shì)又易于制造。