高效易生產的AP3700充電器
目前,手機(ji)充電(dian)器有三(san)類主流方案,即(ji)集成PWM控(kong)制(zhi)器方案、RCC方案和(he)分立PWM控(kong)制(zhi)器方案。圖(tu)1是集成PWM控(kong)制(zhi)器方案的典型應用圖(tu),變(bian)壓(ya)器輸(shu)入側器件數量少(shao),線路簡單;輸(shu)出側則(ze)是由運放和(he)電(dian)壓(ya)基準組成的恒(heng)壓(ya)恒(heng)流控(kong)制(zhi)。由于功率器件和(he)PWM器件集成在一個(ge)封(feng)裝內,故散(san)熱難、整體成本(ben)高。
自激振蕩式(RCC)充電器方(fang)案特(te)點是無(wu)專門的控(kong)制器(qi)來實現(xian)脈沖調制,變壓器(qi)和電容電阻等元件(jian)決(jue)定了控(kong)制方(fang)式的可靠性(xing)。變壓器(qi)次邊線路與集成PWM控(kong)制器(qi)方(fang)案相同,故不再給(gei)出詳細線路。
RCC方案看上去最簡單,但其實電(dian)性能不可靠,寬電(dian)壓(ya)范圍工作(zuo)困難(nan),失(shi)效率(lv)高(gao)(gao),批量生產(chan)時的(de)良率(lv)低。為了可靠起振,功率(lv)器件也(ye)必須選擇價格較高(gao)(gao)的(de)MOSFET。RCC方案看似簡單其實很麻(ma)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(jiao),提高了集(ji)成度。抖頻(pin)技(ji)術(shu)降低了系(xi)統(tong)EMI,使得不需要Y電(dian)容(rong)仍容(rong)易滿(man)足電(dian)磁兼容(rong)要求。跳頻(pin)技(ji)術(shu)又降低了空載(zai)條件(jian)下的輸入功(gong)率(lv)。
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(shi)結果(guo) 這里以5V/1A充電器系統為(wei)例,介紹主要測試(shi)結果(guo)。
(1)空(kong)載(zai)輸入功率低
輕載(zai)(zai)和空載(zai)(zai)時,控制器從正常的(de)PWM方(fang)式自動切(qie)換(huan)到“Skip cycle”模式。在230V電網電壓范圍內空載(zai)(zai)輸入功率小于0.15W,滿足CEC標準規(gui)定的(de)極限值0.3W,見圖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。充電器輸出端的主要(yao)損耗是限流電(dian)(dian)阻R14產生(sheng)的,電(dian)(dian)流采樣端電(dian)(dian)壓Vsense固(gu)定為0.2V,輸出1A負載(zai)電(dian)(dian)流時損耗為0.2W。AP3700的系統(tong)方案(an)很容(rong)易滿足CEC標準,
(3)充電(dian)特性理想
充電特性曲線(xian),優點突出:(3.1) 滿(man)載-空載的負載調(diao)整(zheng)率好,~0.5%; (3.2) 短路電流(liu)(liu)小,最大(da)電流(liu)(liu)就是恒流(liu)(liu)充電電流(liu)(liu);(3.3) 恒流(liu)(liu)范(fan)圍(wei)寬,1.5V~5.05V。
(4)瞬態(tai)特(te)性好(hao) AP3700采(cai)用(yong)電(dian)流模(mo)(mo)式控制(zhi),且(qie)始終保持斷續模(mo)(mo)式運行,這(zhe)都使得輸入-輸出的傳輸函數簡單,因而瞬態(tai)響應速度(du)快、電(dian)壓過沖(chong)小。圖8是是負載動態(tai)特(te)性,過沖(chong)電(dian)壓350mV。
(5)器件(jian)溫度(du)(du)可靠 這里的(de)操作完(wan)全是按(an)照嚴(yan)格(ge)的(de)測試程序(xu),PCB板安裝到標準的(de)充電器外(wai)(wai)殼里。在外(wai)(wai)殼環境溫度(du)(du)為40℃時進(jin)行老化實(shi)驗,通過探頭測試幾(ji)個核心器件(jian)的(de)表面溫度(du)(du)。
AP3700的表面溫度(du)低,功率器件(jian)APT13003和APD240的表面溫度(du)也在正常規范(fan)內。
不(bu)同方案(an)比較
采用(yong)TO-92封裝的AP3700方案,看上去沒有集成PWM控(kong)制器解決(jue)方案或自激振蕩RCC方案簡(jian)潔,但AP3700方案決(jue)不(bu)是(shi)低端方案,相信上述測(ce)試結(jie)果已(yi)經給人一目了然的印象。
