如何設(shè)計不足15毫米超薄型筆記本適配器?(五)
當(dāng)今的筆記本電腦正在向超薄型發(fā)展,這一設(shè)計趨勢帶給系統(tǒng)工程師的最大設(shè)計挑戰(zhàn)是超薄電源適配器。如何以一個合理的成本設(shè)計出能夠裝入厚度不足15毫米機殼中的電源?如何對它進行有效的散熱設(shè)計?以及如何使它滿足最新的能源之星標(biāo)準及其它全球性能效標(biāo)準?要克服所有這些挑戰(zhàn)并非易事。請看PI技術(shù)專家是如何解決這些難題的。
本文第四部分討論了適配器如何在低功率時仍能保持高效率,并避免音頻噪音問題。接下來的第五部分將討論如何正確地設(shè)計會給超薄型筆記本適配器設(shè)計師帶來空間和散熱兩大難題的三個參數(shù)。
上述控制模式為電源設(shè)計師提供了內(nèi)置的設(shè)計方法,該方法可在整個功率范圍內(nèi)實現(xiàn)高效率,但對設(shè)計師而言,仍還有許多工作要做。電源設(shè)計必須要安全地應(yīng)對所有故障情況和最差情況下的元件容差。在以非連續(xù)導(dǎo)通模式(DCM)工作的反激式轉(zhuǎn)換器中,輸出到負載的功率與開關(guān)頻率、變壓器初級電感量以及峰值初級電流平方均成比例。因此,這三個參數(shù)的微小變化便可導(dǎo)致過載電流遠遠超出故障條件下的額定輸出值。要構(gòu)建能夠經(jīng)受此類故障條件的電源,就必須采用較大的元件,但這卻會給薄型筆記本適配器設(shè)計師帶來空間和散熱兩大難題。PI推出的TOPSwitch-HX已解決了上述難題:引入額外的電路,并在最終測試中采用參數(shù)調(diào)整技術(shù),以控制開關(guān)頻率與流限值平方的乘積的最大值和最小值。這在數(shù)據(jù)手冊中被指定為新參數(shù)—功率因數(shù)(I2f)。
在圖3中,對TOPSwitch-HX與上一代的TOPSwitch?-GX(無I2f調(diào)整)的工作區(qū)域進行了比較。去除特性曲線的左下方區(qū)域(I2f=0。81),TOPSwitch-HX可確保在最差情況下提高通過變壓器傳導(dǎo)的最小能量。這樣,使用一個初級繞組電感低于先前要求的大約9%的變壓器,即足以在最差情況下提供指定的輸出電流。去除右上方區(qū)域(I2f=1。21)可降低最大過載功率,同樣,使用一個初級繞組電感低于先前要求的大約9%的變壓器也可以實現(xiàn)這一點,從而降低電路中許多元件的最大功率要求。在TOPSwitch-HX中引入I2f調(diào)整技術(shù),是設(shè)計薄型筆記本適配器的關(guān)鍵促成因素,該技術(shù)可在給定設(shè)計中實現(xiàn)以下幾點:使給定變壓器磁芯尺寸提供更多功率輸出、過載功率與額定功率的比率大幅降低以及導(dǎo)通損耗更小。
圖3. 功率因數(shù)的影響
PowerIntegrations已利用集成多模式控制及I2f調(diào)整功能的TOPSwitch-HX器件,開發(fā)出了一套完整的超薄筆記本適配器設(shè)計方案,并可立即投產(chǎn)。詳情請參見發(fā)布的參考設(shè)計DI-182。13。5mm的凈空高度可容納整個電源,而制造成本卻與雙倍尺寸的適配器相當(dāng)。該設(shè)計的平均功率效率大于87%,超出了能源之星EPSv2。0的要求。230VAC輸入時,電路空載功耗可降到300mW以下,遠遠低于能源之星所允許的500mW空載功耗。
有了TOPSwitch-HX,超薄型筆記本適配器不再成為昂貴的選擇。所有筆記本適配器都可以采用這種方式進行設(shè)計和制造,既節(jié)省材料又節(jié)約能耗。
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