降低充電器和適配器應(yīng)用中的無負(fù)載總功耗

本文簡要介紹如何利用ST的二次側(cè)器件TSM家族降低充電器和電源適配器的無負(fù)載功耗，這個家族具有精確的電壓和電流調(diào)節(jié)功能，而且在無負(fù)載條件下可以使整個系統(tǒng)在無負(fù)載條件下將總功耗降到近100mW。
　　TSM101x家族產(chǎn)品集成了一個電壓基準(zhǔn)器件和兩個運(yùn)算放大器，是高度集成的需要恒壓（CV）和恒流（CC）模式的開關(guān)電源解決方案。電壓基準(zhǔn)器件和一個運(yùn)算放大器的集成使之成為理想的電壓控制器。另外一個運(yùn)算放大器再與這個集成的電壓基準(zhǔn)器件和幾個外部電阻器配合，可以起到一個限流器的功能。
　　這些產(chǎn)品用于要求恒壓和輸出限流的充電器以及適配器，可以用于電壓參考精度在0.5%到1%之間的各類應(yīng)用。
在一個典型的充電器和適配器系統(tǒng)內(nèi)，不同的因素都會在無負(fù)載條件下提高總功耗。但是，從廣度上說，總功耗可以分成二次側(cè)產(chǎn)生的功耗(P_out)和一次側(cè)產(chǎn)生的功耗(P_in)。
　　二次側(cè)功耗
　　本文著重介紹如何降低二次側(cè)功耗，所以，我們從思考開關(guān)電源應(yīng)用二次側(cè)的典型電路圖開始介紹，見下圖1。

　恒流-恒壓標(biāo)準(zhǔn)器件是一個集成了兩個運(yùn)算放大器的單片集成電路。在這兩個運(yùn)算放大器中，一個是獨(dú)立的器件，而另一個的非逆變輸入與一個2.5V固定電壓基準(zhǔn)電路相連。ST的TSM103W是這種二次側(cè)器件的一個典型應(yīng)用。
　　恒流-恒壓器件通常是并聯(lián)電路，這意味著內(nèi)部電流發(fā)生器需要一個外電源，以極化并將基準(zhǔn)電壓固定在2.5V (Vref = 2.5V)。

　　如果我們假定V_out連接一個沒電的電池，我們將會看到圖2的輸出電壓-電流特性曲線。
　　從圖2中我們不難看出，負(fù)載采用逐漸充電方式，先提高電流，然后再提高電壓，以便壓降達(dá)到最小值。這種逐漸充電的方法確保電流得到限制，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電流。此后，電壓開始上升（同時電流保持恒定），直到恒定的電壓值為止。
　　在一個典型的適配器應(yīng)用中，最大輸出電壓20V（無負(fù)載條件下），最小輸出電壓5V（維持恒流的最小電壓值）。
　　為了維持V_{out_min} = 5V, V_{cc_min} = 5V，給Vref加偏壓所需的最小電流值1mA，這表示：
　　因此，為了維持V_{out_min} = 5V，我們必須將基準(zhǔn)電阻固定在Rref = 2.5k健
既然我們固定了基準(zhǔn)電阻Rref，我們就應(yīng)該考慮V_out_max = 20V的無負(fù)載條件。根據(jù)下面的公式：
　　二次側(cè)的總功耗通過下面的公式計(jì)算：P_out = V_out V_tot
　　其中I_tot = I_cc + I_ref + I_opto
　　而且，驅(qū)動一個光耦合器所需的電流I_opto 通常為1.5mA。
　　這說明對于一個V_out = 20V, I_ref = 7mA, I_cc = 1.5mA，I_opto = 1.5mA的無負(fù)載典型系統(tǒng)，二次側(cè)功耗(P_out)等于：
　　P_out = (V_out V_tot) = (V_tot (I_ref + I_cc + I_opto)) = (20V (7mA + 1.5mA + 1.5mA)) = (20V 10mA) =200mW

　　一次側(cè)功耗
　　現(xiàn)在我們將注意力轉(zhuǎn)向一個典型適配器應(yīng)用的一次側(cè)，一個開關(guān)電源的一次側(cè)由若干個功能塊（例如：功率因數(shù)校正和脈寬調(diào)制）構(gòu)成，每個集成塊都會提高器件的總功耗。但是，因一次側(cè)功能塊引起的總功耗在無負(fù)載條件下通常假定為80mW左右（因?yàn)槌潆娖骱瓦m配器的功率范圍在5W之內(nèi)）。
　　額定功效 是有關(guān)一次側(cè)總體功耗的關(guān)鍵系數(shù)，最高的額定功效大約50%。這就是說，將1mW的功率傳輸?shù)蕉蝹?cè)，在一次側(cè)需要2mW的功率。