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高效易生產的AP3700充電器

   目前(qian),手機充電器有三(san)類主(zhu)流方(fang)案(an),即集成(cheng)(cheng)PWM控制(zhi)器方(fang)案(an)、RCC方(fang)案(an)和(he)分立PWM控制(zhi)器方(fang)案(an)。圖(tu)1是集成(cheng)(cheng)PWM控制(zhi)器方(fang)案(an)的典型應(ying)用(yong)圖(tu),變壓(ya)(ya)器輸(shu)入側(ce)(ce)器件(jian)(jian)數(shu)量少,線路簡(jian)單;輸(shu)出側(ce)(ce)則是由(you)運(yun)放和(he)電壓(ya)(ya)基(ji)準組成(cheng)(cheng)的恒壓(ya)(ya)恒流控制(zhi)。由(you)于功率器件(jian)(jian)和(he)PWM器件(jian)(jian)集成(cheng)(cheng)在一個(ge)封裝(zhuang)內,故散熱難(nan)、整體成(cheng)(cheng)本(ben)高。

   自激振蕩式(RCC)充電器方(fang)案特點(dian)是無專(zhuan)門的(de)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)器(qi)來實現脈沖調(diao)制(zhi)(zhi)(zhi),變(bian)壓(ya)器(qi)和(he)電容電阻(zu)等(deng)元件(jian)決定了控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)方(fang)式的(de)可(ke)靠性。變(bian)壓(ya)器(qi)次邊(bian)線(xian)路與集成PWM控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)器(qi)方(fang)案相同,故不再給出詳細線(xian)路。

  RCC方案(an)看(kan)上去最(zui)簡(jian)單,但其實(shi)電性能不可靠(kao),寬電壓范圍工(gong)作困(kun)難,失效率高,批量生產(chan)時的良(liang)率低(di)。為了可靠(kao)起(qi)振,功率器(qi)件(jian)也必須選擇價格較高的MOSFET。RCC方案(an)看(kan)似(si)簡(jian)單其實(shi)很(hen)麻煩。

   分立PWM控制器方案也是被廣泛應用于充電器中。傳統的做法是分立的PWM控制器配MOSFET,特點是元件選擇靈活、線路多種多樣,性能良好,因而被很多人采用。AP3700充電器也屬于分立PWM控制器方案,但該方案采用特殊的驅動方式,目的是用普通的NPN高壓三極管取代了昂貴的MOSFET,降低了總成本。       AP3700采用BCD公司的CMOS工藝制成,是射極驅動方式的電流型PWM控制器,驅動普通的高壓NPN三極管。該控制器只有三個引腳,即電源端VCC、脈沖輸出端OUT和接地端GND,電壓反饋輸入和電源端VCC合用(yong)一只引腳,提(ti)高了集成度。抖(dou)頻(pin)技術降低了系統EMI,使得不(bu)需要Y電容仍容易滿(man)足電磁兼容要求。跳頻(pin)技術又降低了空(kong)載條件下的輸入功率。

  圖3是AP3700的充電器方案。AP3700(U1)的脈沖輸出腳直接驅動三極管Q1的發射極,電網上電后,U1的OUT腳首先從Q1的發射極獲得能量,實現啟動。C6、R7和C5是環路補償元件,再配合恒壓恒流元件U2實現對負載端電壓和電流的穩定性調節。整體方案具有最好的性能,諸如待機功率、EMI、轉換效率、動態特性等性能達到了高性能充電器的指標要求。另外,該方案的器件數量不多,三極管、電容電阻等價格便宜,因而這是一種較佳性價比的充電器方案。

     測試結(jie)果(guo)  這里(li)以5V/1A充電器系統為例,介紹(shao)主要(yao)測試結(jie)果(guo)。

  (1)空(kong)載輸入功率(lv)低

  輕載和(he)空載時,控制器從正(zheng)常的PWM方式自動切換到“Skip cycle”模式。在230V電網電壓范圍內空載輸入功率小于(yu)0.15W,滿足CEC標(biao)準(zhun)規定的極限值0.3W,見(jian)圖5。

   (2)電源轉換效率高  電源能效標準很多很亂,非強制性的主要有美國的“能源之星”和歐洲的“藍色天使”標準;更為苛刻的則是美國加州制定的強制性標準―CEC標準。它規定了電源平均效率必須滿足公式0.5+0.09lnPo,而平均效率是0.25Po、0.5Po、0.75Po和Po條件下的加權值。越來越多的制造商都采納CEC標準,提升產品的檔次。  AP3700的啟動電流和工作電流均很低,分別是0.22mA和0.45mA;電源端工作電壓VCC低(3.65V~5.25V),因此啟動電阻損耗和控制器損耗都很低,低于0.1W。充電器輸(shu)出(chu)端的主要損(sun)耗是限流電阻R14產生的,電流采樣(yang)端電壓(ya)Vsense固定為(wei)0.2V,輸(shu)出(chu)1A負(fu)載電流時損(sun)耗為(wei)0.2W。AP3700的系統方案很容易滿足CEC標準,

 (3)充電特性理想(xiang)  

充電特性曲線,優點突出(chu):(3.1) 滿載-空載的負(fu)載調整率好,~0.5%; (3.2) 短路(lu)電(dian)流(liu)小,最大電(dian)流(liu)就(jiu)是恒流(liu)充電(dian)電(dian)流(liu);(3.3) 恒流(liu)范(fan)圍寬,1.5V~5.05V。

   (4)瞬態特(te)性好  AP3700采用電流模(mo)式(shi)控制(zhi),且始終(zhong)保持斷續模(mo)式(shi)運行,這都(dou)使(shi)得輸入-輸出(chu)的傳輸函數簡(jian)單,因而瞬態響應速度快、電壓過沖小。圖(tu)8是是負(fu)載動態特(te)性,過沖電壓350mV。

   (5)器件溫度可靠  這里(li)的(de)操作完全是按照嚴格的(de)測(ce)試(shi)程(cheng)序,PCB板安裝到標準的(de)充電器外殼(ke)里(li)。在外殼(ke)環境溫度為(wei)40℃時進行老化實驗(yan),通過探頭測(ce)試(shi)幾個(ge)核心(xin)器件的(de)表面(mian)溫度。  

     AP3700的(de)表面溫度低,功率器件APT13003和APD240的(de)表面溫度也在正常規范內。   

      不(bu)同方案比(bi)較

   采用TO-92封裝的(de)AP3700方案(an),看上去沒有集成(cheng)PWM控制器(qi)解決方案(an)或自激(ji)振蕩RCC方案(an)簡潔(jie),但AP3700方案(an)決不(bu)是低端方案(an),相信上述測試(shi)結果已經給人一(yi)目了然的(de)印(yin)象。

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