基于PWM降壓轉換器AP3003的車載充電器的系統(tǒng)設計

　　隨著電子技術的不斷發(fā)展，手機、MP3、DSC等移動多媒體設備正逐漸成為人們生活中不可缺少的工具，與這些產品相對應的充電器設計也越來越受到關注。按照充電器的使用場合，可以分成家用型充電器和車載充電器，一般手機自帶的充電器多數(shù)是家用型，即交流輸入型；車載充電器是一種直流輸入型的充電器，它的出現(xiàn)使移動設備的充電場合更加多樣化。目前BCD公司提供的比較常用的車載充電器方案的控制芯片主要有AZ34063A/C，AZ494B/D和AP3003。

　　AZ34063A/C方案的優(yōu)點是成本較低，缺點是限流點不準確，過熱問題較為普遍；AZ494B/D方案的優(yōu)點是設計靈活性較強，缺點是外圍器件選擇較復雜，需要選擇合適的功率管、驅動電路，同時需要進行環(huán)路補償設計。AP3003方案的優(yōu)點是外圍器件較少，設計簡單，控制精確，雖然成本比AZ34063A/C方案較高，但是其性價比卻是三個方案中最高的。

　　AP3003系列IC是BCD公司最新研發(fā)的DC/DC降壓轉換器。該系列IC一共有四個電壓版本：3.3V，5V，12V輸出電壓固定版本和ADJ輸出電壓可調版本。芯片內部集成了功率管、驅動電路、控制電路和環(huán)

路補償，大大簡化了車載充電器系統(tǒng)的設計；芯片內部高達150kHz的固定開關頻率有效的縮減了外部器件的體積（主要是濾波電感和濾波電容的體積），從而節(jié)約了外部空間；最大3A的電流能力使AP3003可以滿足大多數(shù)大容量電池充電的場合；同時芯片內部還設計了很多保護電路，比如限流保護和過溫保護，這使得芯片在車載充電器系統(tǒng)中應用時更加安全可靠。

　?。ㄒ唬┸囕d充電器系統(tǒng)技術指標及設計框圖介紹

　　車載充電器的輸入電壓12V―36V，輸出電壓5.1V±0.1V，輸出電流750mA±50mA。充電器在給電池充電時，如果充電電流過大，可能會導致電池發(fā)熱、壽命減短、甚至損壞，因此需要恒流（CC）功能，實現(xiàn)對輸出電流的精確控制。為了保證充電器不因為短路時輸入功率過大而燒毀，需要短路保護功能。

　　根據(jù)上述要求可以利用AP3003設計出車載充電器，原理框圖如圖1所示，包括三大部分：AP3003構建的基本降壓電路、恒流恒壓（CC/CV）電路和短路保護電路。

圖1 車載充電器系統(tǒng)設計框圖

　?。ǘ〢P3003構建的基本降壓電路

　　這部分電路是整個車載充電器系統(tǒng)的核心部分，它為電池在充電過程中提供必須的電壓和電流。利用AP3003-ADJ設計電路如圖2所示，分壓電阻RA和RB用來設定輸出電壓，CFF電容可以增加環(huán)路的相位裕度，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，推薦取值范圍為10nF到33nF。

圖2 AP3003構建的基本降壓電路

　?。ㄈ┖懔骱銐海–C/CV）電路

　　恒流恒壓電路是利用AS358做電壓、電流信號的采樣和放大，電路如圖3所示，分為兩部分，一部分是恒流環(huán)：采樣電阻Rs采樣輸出電流Io，經過AS358_1進行放大，放大倍數(shù)由R2/R1決定（R1=R3，R2=R4），放大后的信號通過二極管D1送到AP3003的FB管腳；另一部分是恒壓環(huán)：電阻RA和RB采樣輸出電壓Vo，經過AS358_2和二極管D2送到AP3003的FB管腳 。根據(jù) ，可以得到恒流點和恒壓點的計算公式(E-1)和(E-2)：　

(E-1)

(E-2)

　　其中VD1，VD2分別是二極管D1和D2的正向導通電壓，VREF是AP3003內部的基準電壓，根據(jù)設計要求可以選擇合適的Rs，R2，R1，RA，RB和二極管，得到恒流點為750mA,恒壓點為5V的車載充電器系統(tǒng)，實驗測試結果如圖4所示。

圖3 利用AS358設計的恒流恒壓（CC/CV）電路

圖4 V-I特性曲線

　?。ㄋ模┒搪繁Ｗo電路

　　短路保護電路是利用一個晶體管來采樣輸出電壓，根據(jù)輸出電壓在短路前后的狀態(tài)變化判斷是否發(fā)生短路，從而實現(xiàn)短路保護。電路如圖5所示。為了方便示意短路與否，可以加入一個發(fā)光二極管做指示燈，如圖6所示，短路發(fā)生后，放光二極管D3亮，消除短路后，重新啟動電源，電路可以恢復正常工作。

圖5 短路保護電路

圖6 含指示燈的短路保護電路

　　工作原理如下：短路發(fā)生后，輸出電壓經過RA和RB采樣得到電壓值無法維持三極管Q1導通，于是Q1關斷，電容C1被充電，連接AP3003 EN管腳的VEN隨著時間的推移電壓不斷升高，表達式如(E-3)所示，VEN一旦高于EN 管腳的閾值電壓，整個系統(tǒng)停止工作，實現(xiàn)了短路保護的功能。

（E-3）

　　短路保護設計需要注意兩個方面，第一要避免短路保護電路影響系統(tǒng)啟動，R1，C1的選擇要保證短路保護開始動作的時間遠大于系統(tǒng)啟動時間；第二是要選擇合適的R3，以保證R3的加入不會影響RA和RB所設定的輸出電壓值。

　　從上述介紹和分析可以看出，利用BCD公司的AP3003和AS358設計的車載充電器系統(tǒng)，設計簡單，控制精確，功能齊全，是一款性價比較高的車載充電器方案，具有較大的市場應用前景。