PI高效率充電適配器設計解決方案

　　圖2是一款5W通用輸入恒壓/恒流(CV/CC)充電器/適配器的電路設計圖。本設計適用于手機電池充電器、USB充電器或任何有恒壓/恒流特性要求的應用。該電路可為最高1A的負載提供5V恒流輸出，精度為±5%。當需要更大負載時，電源將進入恒流模式，輸出電壓降低，使輸出電流維持在1A±10%。

　　圖2： 5W CV/CC通用輸入充電器電源電路圖

　　這個電源電路是采用PI的LinkSwitch-II系列產品LNK616PG(U1)而設計的反激式電源。它不是傳統的PWM控制器，而是采用開/關控制來維持恒壓(CV)階段的穩壓。它通過跳過開關周期來維持輸出功率水平，并通過調節使能與禁止開關周期的比值和初級限流點來維持穩壓。這種控制方法在充電器設計中具有諸多獨特優勢。隨著負載電流的增大，電流限流點也將升高，跳過的周期也越來越少，達到最大輸出功率點時將不再跳過任何開關周期。當需要進一步提高功率時，輸出電壓會隨之下降。控制器檢測到壓降后進入恒流模式。 在此模式下，隨著電流需求的增大，開關頻率將下降，從而實現線性恒流(CC)輸出。圖3給出了該電路的電流及電壓性能。

　　本設計中有幾大要素可以實現高效率和低成本。變壓器T1是其中的一個關鍵要素，其設計主要由U1中開關元件的性能來決定。LinkSwitch-II器件集成了700V功率MOSFET用作主要開關元件，這樣可以使工作頻率高達85kHz，幾乎是具有競爭性的BJT設計最高工作頻率45kHz的兩倍。頻率越高，就越容易減小變壓器尺寸及其層數，從而降低變壓器中的電容開關損耗。為降低變壓器可能會產生的音頻噪音，控制最大磁通密度非常必要。在每個周期開始時，U1中的MOSFET導通，流經T1初級繞組的電流則增大至LinkSwitch-II控制電路所允許的最大值。達到此值后，MOSFET關斷，儲存在T1中的能量會在磁場下降時轉移至次級繞組。輕載條件下，初級限流點下降，從而降低變壓器磁通密度。通過限流點控制、調整使能與禁止開關周期的比值并根據輸出負載情況減低開關損耗，可以優化轉換器在整個負載范圍內的效率。

　　T1內的抽頭次級繞組5-3-2-NC具有三種功能。繞組2-5可通過二極管D6向U1提供低壓電源。從低壓次級側獲取功率，而不是在初級側降低電壓，這樣可以使電源在230VAC時空載功耗不超過50mW。

　　繞組2-3可向U1的反饋(FB)輸入提供反饋信號。這個控制引腳可以根據偏置繞組的反激電壓來調節恒壓模式下的輸出電壓和恒流模式下的輸出電流。采用這種設計后，不僅可以省去輸出路徑中的檢測電阻，還可以省去一個光耦器和次級控制電路，從而大幅簡化電源設計。這種控制技術還能夠自動補償變壓器電感容差和內部參數容差隨輸入電壓的變化。

　　變壓器次級中的最后一個元素是繞組2-NC。這一設計是PI的E-ShieldTM技術的實現。此舉可以改善EMI裕量，省去銅箔屏蔽層。

　　另一個需要考慮的關鍵元件是整流二極管D7。該二極管的性能對效率有重要影響，因為它要傳送整個DC負載電流。二極管將要承受的峰值反向電壓由初級開關元件的額定電壓來決定。其他同類設計方案使用額定峰值電壓為600V的開關，這些解決方案要求使用低反射輸出電壓(VOR)，并且D7必須選用60V肖特基二極管。LinkSwitch-II中集成的MOSFET能夠維持700V的電壓，使VOR取較高值。這樣可以降低D7上的應力，從而能選用40V肖特基二極管。40V肖特基二極管不僅成本低廉，而且在2A時的正向導通壓降只有0.5V，而60V肖特基二極管的正向導通壓降為0.7V。這樣可減少0.4W的峰值功耗，將效率提高5%。