AP3765在超低待机功耗充电器方案上的应用

来源:中国电子工业网 作者:—— 时间:2010-06-25 10:10

Q1 AP3765

目前,世界各地的政府机构、环保组织,产业联盟都在积极地从市场准入、消费行为引导等各个环节推动着高效低耗的新型电源技术的发展。其中消费类电子产品的AC-DC适配器、充电器的待机或空载功耗问题受到越来越多的关注。由此也产生了许多新的技术标准。据不完全统计,目前业已颁布实施的,适用于不同行业与地区的这类标准有近20种之多。例如,美国的“能源之星”(Energy star)、中国的“泰尔认证”以及一些大的手机厂商提出的充电器星级标志等等。这些标准大多对空载损耗和工作效率作出了明确严格的要求。当产品与标准相符时,生产厂商可以在其产品上加贴相关标识,如“Energy star”,“TLC”,5星级等等。不仅直观地展示了该产品的技术特点,而且有效地引导着影响消费者的购买行为。

   当前,这些标准正逐渐地被世界各地的消费者所理解与认同,于此同时越来越多的行业管理机构也开始参考引用这些标准来制定相关的行业或区域的强制性技术规范。这不仅是从技术上的革新与挑战,也大大地提高了市场准入的门槛。因此有越来越多终端厂商和相关上下游配套供应商开始大规模采用新方法、新技术、新材料以应对对新标准提出的挑战。BCD作为电源管理集成电路的专业设计制造商适时地推出了AP376X系列原边PFM开关电源控制器,帮助电源工程师轻松应对新标准,新挑战。

   本文介绍的这款充电器,就是使用BCD的AP3765来实现的超低待机功耗以及高效率的设计。AP3765是BCD最新的PFM模式的开关电源原边控制器——AP376X系列中的一种。它延续了BCD最擅长的原边控制模式,在确保整体设计简洁可靠的同时,具有“零”电流启动和低工作电流的特性。也正是“零”电流启动和低工作电流特性使得采用AP3765设计的充电器可以满足目前五星级充电器的待机30mW的要求以及能源之星最新的标准。

   AP3765还具备系统开环保护,短路保护,软启动以及频率抖动等非常实用的功能。这些特点使得AP3765在小功率充电器,适配器,LED照明等应用领域具有显著的优势。该电路是一个典型IC控制的反激电源。整个系统的工作模式由IC-AP3765控制,整个全电压负载段处于DCM。其中线路中可以分为输入部分,启动部分,反馈(电流电压)部分,功率转换部分和输出整流部分。输入部分由整流D1-D4,以及EC1、EC2、L1、L2组成。输入采用 “∏”型滤波线路,可以有效衰减差模噪声干扰。R1、R6、EC5、D6、R18组成了系统的启动和供电线路,也是调整待机功耗的一个重点区域。一般选择4M—20M启动电阻,搭配2.2uF—10uF的启动电容。R8、R9、R10为电压反馈线路,其中FB脚的基准电压为4V。R2、R4、R11组成电流检测环路,电流检测电压为500mV。那么我们可以通过下面的计算公式得到输出电压,以及输出的电流。首先定义原边绕组与输出绕组的比为N1,输出绕组与反馈绕组的匝比为N2,输出电压为Vo,输出电流为Io,原边峰值电流Ipk。图2为AP3765制作5V700mA充电器的电压电流特性。

   功率转换部分则是由AP3765驱动的三极管Q1,T1等组成。Q1导通时,IC驱动为高电平,能量存储到变压器T1,并且检测原边电流。Q1关断时,IC驱动为低电平,能量通过变压器T1释放到后端,并且检测原边反馈电压。输出部分则由D8、C5、R14、EC3、R13组成。通过对各个组成的部分简要说明,可以看出使用AP3765进行系统设计非常简单,即便是对于初学者也能比较容易地完成。

   我们重点来说明降低待机功耗的方法,系统待机时的主要损耗点为:启动线路部分(R1、R6、R11)、IC(AP3765)工作和驱动部分(Q1)、能量转换部分T1、输出整流部分(D8、C5、R14)、输出假负载(R13)。其他像电容的损耗,取样电阻的损耗还有吸收电路的损耗在大部分情况下可以忽略。在实际设计中,启动电阻大约在20M左右,输出的假负载使用10K(5V输出)。IC的工作电压大约设计在20V左右,那么在230Vac/50Hz的输入电压条件下,我们可以先估算一下待机损耗大约:

   从上面可以看到系统的固定损耗大约在14mW左右,还有三极管和输出二极管的损耗。因为待机时,IC的工作频率是非常低的,大约只有几十Hz,所以三极管的开关损耗可以忽略不计,只考虑通态损耗。而输出二极管又基本没有电流通过,其损耗也可以忽略。

   这样全部损耗加起来,理论上大约在17mW左右。考虑到变压器、二极管损耗等,基本上应该是大约20mW,完全能够控制在充电器要求的30mW以内。使用功率计WT210实际测试的结果,大约24mW。

   以上这个案例所采用的设计思路与技巧具有一定的典型性和普遍性,适用于大部分常规应用。但针对一些特殊应用,就必需将电路中各个环节的损耗充分考虑,通盘折中平衡,才能达到最佳效果。例如,为了配合某一超低功耗单片机的特殊应用,我们曾经设计了一款空载电流只有20A的AC-DC电源。设计时我们对可能产生空载损耗的各个元器件做了全面分析,逐一测试调整,最大限度地降低了空载功耗。

  “降低损耗,提高效率”是电源行业永恒的主题,也是永恒的目标。本文以AP3765的典型电路为例,介绍了如何有效降低空载损耗的一些经验与方法。不仅仅是针对AP3765的应用,这些思路,这些方法与技巧也适用于其它小型低功耗充电器的设计。

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