飞兆案例分析:高效率充电器电源设计

2020-06-13 14:23字体:
  

  必需更“省电”和更“小型化”,于是邦际机闭比如“能源之星” 初阶楷模关于电源筑立的节能哀求,更加最须要楷模的是须要恒流充电形式 (Constant Current output regulation, CC) 与恒压充电形式 (Constant Voltage output regulation, CV)的电池充电器,它是最常运用也最通俗地运用正在咱们身边的,运用的领域搜罗:掌上型电子式产物、PDA、MP3播放器和数码相机等。然而众半的充电器民众采用次级端反应担任的格式医治输出,这种担任的手腕并无法节减组件数目,擢升效果与缩小体积,并且难以低落本钱,于是新架构的低级端医治担任便衍生出来。本篇作品正在研讨一个专利身手叫做”低级端医治担任器(Primary Side Regulation, PSR)”,这种PSR担任器不须要次级端的反应线途便可正在低级端精准地担任充电器输出的CV/CC,告竣省电、和低本钱的电源。这种 PSR 不但包罗了跳频 (Frequency hopping) 机制来低落 EMI,更搜罗了省电形式 (Green mode function) 低落待机时的电源打发。凭据试验的结果,这种具有低级端医治担任的充电器相关于守旧采用 RCC 或 PWM的担任手腕,更可能抵达低本钱、省电和的电源, 因此这种 PSR 担任手腕供给电源朝向低本钱的最佳处理计划。

  图 1 为守旧反激式转换器的电池充电器运用典范,它包罗了次级端 CV 担任线途与 CC 担任线途,光耦合器的效用正在耦合次级端的担任信号到低级端的 PWM 担任器,PWM 担任器会凭据次级端的担任信号调理MOSFET的开闭周期巨细,抵达随次级端负载改换时仍旧可能安稳输出负载所需的电压与电流。这种担任手腕的短处正在于须要有较众的次级端担任组件,而这意味着必需有较众的 PCB 板空间与较高的本钱;除此以外,光耦合器有或许变成泄电的潜正在危害,而且二次端侦测输出电流的电阻RO 将扩大功率的损耗而低落全体电源的效果。

  图2为采用低级端医治担任的反激式转换器策画典范。PSR 担任器为了取得次级端输出电压的音讯,采用奇特的格式侦测变压器辅助绕组上的波形,以取得次级端的输出音讯举办反应担任。图3所示为紧要的事务波形。

  关于采用 PSR 担任器的反激式 (flyback) 转换器事务于不连绵导通形式之下会取得较好的输出医治才力。于是转换器的事务道理如下:

  当 PSR 内部的 MOSFET 导通时 [ton],输入端电压 VIN 会设备正在变压器的两头,于是变压器低级端的电流 iP 将会由零线性地上升到 ipk.;因此ipk.可能由式 (1) 推导出。正在这段功夫,输入端的能量会贮存正在变压器中。

  当MOSFET截止时 [toff],底本存储正在变压器的能量会使次级端的二极管导通,将能量传给负载端。正在这段功夫,输出端的电压与次级端二极管的顺领导通电压将会反射到辅助绕组,于是可将辅助绕组电压 VAUX默示为式 (2)。此时 PSR 内部的采样机制将会采样辅助绕组上的电压,而输出电压的音讯将会随次级端电流节减而得知。PSR 赢得输出电压的音讯后会与内部参考电压 VREF 比力,变成一个电压回途担任 MOSFET 的导通时代以安稳恒定的输出电压。

  当次级端的输出二极管上的电流节减为零时,此时辅助绕组上的电压会由于变压器的电感与MOSFET 上输出电容COSS 发作谐振,直到 MOSFET 再次导通。

  此中 LP 为变压器低级端的感量;ton 为MOSFET的导通时代;NAUX/NS 为变压器辅助绕组与次级端绕组的圈数比;VO 为输出电压;VF 为次级端输出二极管的正领导通电压。

  这个采样的格式同样可能赢得变压器的放电时代 tdis,如图 3 所示,次级端输出二极管上的电流均匀值会等于输出电流 IO,于是输出电流 IO 可能藉由 ipk 与 tdis 默示为式 (3)

  此中 tS 为 PSR 担任器的开闭周期;NP/NS 为低级端与次级端的圈数比;RSENSE 为低级端电流取样电阻。

  实践告竣一个5W的充电器,输出规格的界说为5V/1A。担任器采用FSEZ1216,这个PSR担任器集成了 600V 的高压MOSFET,于是可能节减驱动MOSFET 的线途与 PCB 走线的作对。而为了要低落待机损耗,PSR担任器内部的省电形式将会正在轻载时线性地低落 PWM 的频率,抵达目前电源楷模省电的需求;跳频机制擢升 EMI 的效率,同时充电器的输出电压会因装备较长的输出缆线而导致输出电压低落,也可欺骗内部积蓄机制擢升输出电压的医治才力。

  如图4至7为试验结果,从图4的输出电压电流弧线中,可能取得正在通用换取电压的输入之下输出端的恒定电压医治率可能抵达正负2.88%;而当返回电压 (fold-back voltage) 为 1.5V时,输出端的恒定电流医治率可能抵达正负 1.75%,此中正在恒电流的领域中的输出电压是藉由5V~28V VDD 的电压担任且正在输出电压越来越低时仍旧可能安稳恒定输出电流。如图5所示,均匀效果可能抵达72.3%@115V 与71.5%@230V,可能简单合适“能源之星” 2.0 品级五的能源楷模 (楷模为68.17% 的均匀效果)。因为PWM的切换频率参与了跳频机制,于是可能将简单频率的能量打散为众个微调频率的能量擢升全体的EMI才力,如图6所示可能合适EN55022 品级B的EMI楷模。

  跟着环球闭切绿色能源的开荒,电源的效果也渐渐取得偏重,具有半导体担任的电源 IC饰演一个擢升效果的紧张脚色,藉由电源 IC 极新的担任身手使电源能俭约全体的本钱、低落不需要的切换牺牲与擢升 EMI 的才力,以抵达『轻佻短小』的标的。本篇作品陈述一个具有极新低级端医治担任身手的运用正在电池充电器上所暴露的长处,此身手欺骗采样变压器低级端的辅助绕组上的电压抵达输出端的恒定电流与恒定电压的医治,云云的长处可能俭约守旧采用次级端反应线途、光藕合器与次级端侦测电流电阻等组件,于是采用低级端医治担任 IC 的充电器是可能供给高效果与低本钱的电源一个最佳处理计划。

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