高能效手機(jī)充電器的電源設(shè)計(jì)

　　隨著媒體播放器、PDA、手機(jī)等便攜式電子設(shè)備的使用量大幅增加，外部電源(EPS)或電池充電器開(kāi)始占據(jù)住宅內(nèi)的電源插座。EPS所消耗的電量在住宅總用電量中已占到了很大的比重。在能源消耗和電器效率倍受關(guān)注的今天，包括歐盟委員會(huì)行為準(zhǔn)則(CoC)和美國(guó)能源之星在內(nèi)的監(jiān)管機(jī)構(gòu)相繼提高EPS或電池充電器的效率及空載功耗要求，而且此類要求將來(lái)仍有可能進(jìn)一步提高。

　　全球大型手機(jī)公司甚至開(kāi)始要求充電器制造商供應(yīng)空載功耗為30mW的充電器。根據(jù)能源之星EPS規(guī)范2.0版的要求，目前只有1/10的充電器達(dá)到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。超低空載功耗開(kāi)始成為不可或缺的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之一，并被視為衡量企業(yè)是否勇于承擔(dān)社會(huì)責(zé)任和能否吸引有環(huán)保意識(shí)的消費(fèi)者的手段之一。對(duì)于另一個(gè)關(guān)鍵能耗參數(shù)――工作效率，能源之星V2.0規(guī)范對(duì)1W至250W范圍內(nèi)的外部電源規(guī)定了相應(yīng)的最低值。這些值根據(jù)額定功率值由對(duì)數(shù)公式計(jì)算得出，其中，1W電源的最低效率為62%，250W電源的最低效率則為87%，對(duì)于5V/500mA (2.5W)電源，其最低效率應(yīng)達(dá)到63%。

　　電源規(guī)范的日益嚴(yán)格為電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)師提出了新的挑戰(zhàn)。EPS不僅必須具有最低空載功耗和很高的工作效率，它還必須能在所有元件容差范圍內(nèi)及整個(gè)溫度范圍內(nèi)提供良好的負(fù)載和電壓調(diào)節(jié)，并同時(shí)能滿足EMI標(biāo)準(zhǔn)，能以具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的成本進(jìn)行制造。

　　Power Integrations(PI)公司的集成開(kāi)關(guān)IC系列LinkSwitch-II專用于EPS/充電器應(yīng)用。該器件具有恒壓/恒流(CV/CC)特性，適用于電池充電和LED驅(qū)動(dòng)應(yīng)用。LinkSwitch-II在變壓器中獨(dú)一無(wú)二地采用了繞組設(shè)計(jì)，既可用于提供反饋，又可進(jìn)行低壓供電，從而省去了電流檢測(cè)電阻以及許多其它元件，使整個(gè)EPS在空載條件下的功耗僅為30mW。

　　許多手機(jī)制造商都在努力開(kāi)發(fā)空載性能高于能源之星標(biāo)準(zhǔn)的EPS，這是因?yàn)槭謾C(jī)EPS通常每天只需1個(gè)小時(shí)為手機(jī)充電，其它23個(gè)小時(shí)仍插在插座上，一直處于空載狀態(tài)。與工作時(shí)的輸出功率相比，盡管空載功耗非常低，但總能耗仍非常高。利用LinkSwitch-II節(jié)省大量的能源，2.75W電源的帶載效率可達(dá)74%，空載功耗始終低于30mW，因而輕松滿足能源之星標(biāo)準(zhǔn)。

　　PI 2.75W充電器與能源之星EPS V2.0標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)比。(注：輸入電壓交流230V，帶載占空比/空載占空比為1小時(shí)/23小時(shí))。

　　表1將PI的2.75W電源設(shè)計(jì)的性能與剛剛達(dá)到能源之星V2.0標(biāo)準(zhǔn)的電源進(jìn)行了對(duì)比，從中可看出在PI 2.75W充電器每年節(jié)省的2.46 kWh電量中，有2.25 kWh來(lái)自空載功耗。圖1給出了2.75W充電器電源的電路圖。

2.75W CV/CC通用輸入充電器電源電路。

　　本電源設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于采用了LinkSwitch-II IC(U1)。該器件在一個(gè)單片IC上集成了一個(gè)700 V的功率MOSFET、新穎的開(kāi)/關(guān)控制狀態(tài)機(jī)、一個(gè)自偏置的高壓開(kāi)關(guān)電流源、頻率抖動(dòng)、逐周期電流限制及遲滯熱關(guān)斷電路。它通過(guò)在隔離式設(shè)計(jì)中省去昂貴的光耦器和次級(jí)控制電路，大大簡(jiǎn)化了低功率CV/CC充電器的設(shè)計(jì)。該器件采用了創(chuàng)新的控制技術(shù)，能夠提供容差為±5%的輸出電壓和容差為±10%的電流調(diào)節(jié)，補(bǔ)償變壓器和內(nèi)部參數(shù)容差隨輸入電壓的變化。