2.75W低成本USB充電器/適配器參考設(shè)計(jì)

　　設(shè)計(jì)特色
　　
　　·采用革新性控制概念，能夠?qū)崿F(xiàn)元件數(shù)量少、成本極低的解決方案
　　·初級(jí)側(cè)控制省去了次級(jí)側(cè)控制器和光耦器
　　·恒壓(CV)精度：±5%
　　·恒流(CC)精度：±10%
　　·帶遲滯恢復(fù)的過(guò)熱保護(hù)功能可確保PCB溫度在所有條件下均處于安全范圍內(nèi)
　　·自動(dòng)重啟動(dòng)：輸出短路和開(kāi)環(huán)保護(hù)

　　極高能效
　　
　　·整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)的平均效率：74%（能源之星2.0要求為64%）
　　·空載輸入能耗：在230 VAC輸入情況下小于40 mW
輕松滿足以下標(biāo)準(zhǔn)要求：
　　·EN55022和CISPR-22 B級(jí)傳導(dǎo)EMI要求（EMI裕量>10 dBμV）
　　·IEC 61000-4-5 3級(jí)AC電涌和ESD承受力
　　·滿足<5 mA的電池放電要求
　　
　　工作原理

　　圖1所示為2.75 W恒壓／恒流(CV/CC)通用輸入充電器電源的電路圖，該設(shè)計(jì)采用了Power Integrations的LinkSwitch系列產(chǎn)品LNK613DG。這種設(shè)計(jì)非常適合手機(jī)或類似的USB充電器應(yīng)用，包括手機(jī)電池充電器、USB充電器或任何有恒壓／恒流特性要求的應(yīng)用。

圖 1. 2.75 W恒壓／恒流通用輸入充電器電源的電路圖

　　在本設(shè)計(jì)中，二極管D1至D4對(duì)AC輸入進(jìn)行整流，電容C1和C2對(duì)DC進(jìn)行濾波。L1、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。這些與Power Integrations的變壓器E-sheild™技術(shù)相結(jié)合，使本設(shè)計(jì)能以充足的裕量輕松滿足EN55022 B級(jí)傳導(dǎo)EMI要求，且無(wú)需Y電容。防火、可熔、繞線式電阻RF1提供嚴(yán)重故障保護(hù)，并可限制啟動(dòng)期間產(chǎn)生的浪涌電流。

　　圖1顯示U1通過(guò)可選偏置電源實(shí)現(xiàn)供電，這樣可以將空載功耗降低到40 mW以下。旁路電容C4的值決定電纜壓降補(bǔ)償?shù)臄?shù)量。1μF的值對(duì)應(yīng)于對(duì)一條0.3 Ω、24 AWG USB輸出電纜的補(bǔ)償。（10 μF電容對(duì)0.49 Ω、26 AWG USB輸出電纜進(jìn)行補(bǔ)償。）

　　在恒壓階段，輸出電壓通過(guò)開(kāi)關(guān)控制進(jìn)行調(diào)節(jié)。輸出電壓通過(guò)跳過(guò)開(kāi)關(guān)周期得以維持。通過(guò)調(diào)整使能與禁止周期的比例，可以維持穩(wěn)壓。這也可以使轉(zhuǎn)換器的效率在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)得到優(yōu)化。輕載（涓流充電）條件下，還會(huì)降低電流限流點(diǎn)以減小變壓器磁通密度，進(jìn)而降低音頻噪音和開(kāi)關(guān)損耗。隨著負(fù)載電流的增大，電流限流點(diǎn)也將升高，跳過(guò)的周期也越來(lái)越少。

　　當(dāng)不再跳過(guò)任何開(kāi)關(guān)周期時(shí)（達(dá)到最大功率點(diǎn)），LinkSwitch-II內(nèi)的控制器將切換到恒流模式。需要進(jìn)一步提高負(fù)載電流時(shí)，輸出電壓將會(huì)隨之下降。輸出電壓的下降反映在FB引腳電壓上。作為對(duì)FB引腳電壓下降的響應(yīng)，開(kāi)關(guān)頻率將線性下降，從而實(shí)現(xiàn)恒流輸出。

　　D5、R2、R3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R3擁有相對(duì)較大的值，用于避免漏感引起的漏極電壓波形振蕩，這樣可以防止關(guān)斷期間的過(guò)度振蕩，從而降低傳導(dǎo)EMI。

　　二極管D7對(duì)次級(jí)進(jìn)行整流，C7對(duì)其進(jìn)行濾波。C6和R7可以共同限制D7上的瞬態(tài)電壓尖峰，并降低傳導(dǎo)及輻射EMI。電阻R8和齊納二極管VR1形成一個(gè)輸出假負(fù)載，可以確?？蛰d時(shí)的輸出電壓處于可接受的限制范圍內(nèi)，并確保充電器從AC市電斷開(kāi)時(shí)電池不會(huì)完全放電。反饋電阻R5和R6設(shè)定最大工作頻率與恒壓階段的輸出電壓。

　　設(shè)計(jì)要點(diǎn)

　　選擇電容C7作為低ESR型電容，可以滿足輸出電壓紋波要求，而無(wú)需使用后級(jí)LC濾波器。

　　如果可以接受較低的平均效率（降低3%到4%），則用PN結(jié)型二極管來(lái)替代D7，這樣可降低成本。然后根據(jù)需要重新調(diào)節(jié)R5和R6，確保輸出電壓保持基本恒定。

　　在PCB板上，將旁路引腳電容(C4)靠近U1放置。

　　減小箝位和輸出二極管的環(huán)路面積，以降低EMI。

　　使AC輸入和開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)保持一定距離，降低可能會(huì)繞開(kāi)輸入濾波的噪聲耦合。

　　U1上高壓引腳與低壓引腳之間的爬電距離非常大，可以避免產(chǎn)生電弧并提高可靠性，這在非常潮濕的條件下特別重要。

　　R5和R6應(yīng)使用容差為1%的電阻，這樣可以提高電壓和電流調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確度。

圖 2. 25 °C情況下隨輸入電壓變化的典型恒流／恒壓特性曲線

圖 3. EN55022 B標(biāo)準(zhǔn)的傳導(dǎo)EMI結(jié)果。測(cè)量電壓為230 VAC，輸出RTN連接到接地端

表 1. 變壓器參數(shù)。（AWG = 美國(guó)線規(guī)，TIW = 三層絕緣線，NC = 無(wú)連接）