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高效易生產的AP3700充電器

   目前(qian),手機充(chong)電器(qi)(qi)有三類主流(liu)方(fang)案,即集成(cheng)PWM控(kong)制(zhi)器(qi)(qi)方(fang)案、RCC方(fang)案和(he)(he)分立PWM控(kong)制(zhi)器(qi)(qi)方(fang)案。圖(tu)1是集成(cheng)PWM控(kong)制(zhi)器(qi)(qi)方(fang)案的(de)典(dian)型應用圖(tu),變壓器(qi)(qi)輸入側器(qi)(qi)件(jian)數量少(shao),線路簡單;輸出側則是由運(yun)放和(he)(he)電壓基準組成(cheng)的(de)恒(heng)壓恒(heng)流(liu)控(kong)制(zhi)。由于功(gong)率器(qi)(qi)件(jian)和(he)(he)PWM器(qi)(qi)件(jian)集成(cheng)在一個封裝內,故散熱難、整體成(cheng)本(ben)高(gao)。

   自激振蕩式(RCC)充電器方(fang)案(an)(an)特(te)點是無專門的控制器(qi)來實現脈沖(chong)調(diao)制,變(bian)壓器(qi)和電(dian)(dian)容電(dian)(dian)阻等元件決(jue)定了控制方(fang)式的可靠性。變(bian)壓器(qi)次(ci)邊線(xian)路(lu)(lu)與集(ji)成PWM控制器(qi)方(fang)案(an)(an)相(xiang)同,故不再給出(chu)詳細線(xian)路(lu)(lu)。

  RCC方(fang)(fang)案看(kan)上去最簡(jian)單,但其實電(dian)性能(neng)不可靠,寬電(dian)壓范圍工作困難,失效率高(gao),批量生(sheng)產(chan)時的良率低。為了可靠起(qi)振(zhen),功率器件也必須選擇價格較高(gao)的MOSFET。RCC方(fang)(fang)案看(kan)似簡(jian)單其實很麻煩(fan)。

   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合用一只引腳,提高了(le)(le)集成度。抖頻(pin)技術(shu)(shu)降低了(le)(le)系統(tong)EMI,使(shi)得不需要(yao)Y電容仍容易(yi)滿足電磁(ci)兼容要(yao)求(qiu)。跳頻(pin)技術(shu)(shu)又降低了(le)(le)空載條件下的(de)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。

     測試結果(guo)  這里以5V/1A充電(dian)器(qi)系統(tong)為例,介紹主要測試結果(guo)。

  (1)空載輸入功率低

  輕(qing)載和空載時,控制器從正常的PWM方式自動(dong)切(qie)換(huan)到“Skip cycle”模式。在230V電(dian)網電(dian)壓范圍內空載輸入功率小于0.15W,滿(man)足(zu)CEC標(biao)準(zhun)規定的極限(xian)值(zhi)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(zhu)要損耗是限流電(dian)(dian)阻R14產生的,電(dian)(dian)流采樣端電(dian)(dian)壓Vsense固(gu)定為(wei)0.2V,輸出1A負載電(dian)(dian)流時損耗為(wei)0.2W。AP3700的系統方案(an)很(hen)容易滿足CEC標(biao)準,

 (3)充電特性理想  

充電特性曲線,優點突出:(3.1) 滿載(zai)-空載(zai)的負載(zai)調整(zheng)率好(hao),~0.5%; (3.2) 短路電(dian)流小,最大電(dian)流就是恒流充電(dian)電(dian)流;(3.3) 恒流范圍寬,1.5V~5.05V。

   (4)瞬態特性(xing)好  AP3700采用電(dian)流(liu)模(mo)式控制,且(qie)始終保持斷續模(mo)式運(yun)行,這都使得輸入-輸出的傳(chuan)輸函數簡單,因而瞬態響應速度快、電(dian)壓過沖(chong)小(xiao)。圖8是是負(fu)載動(dong)態特性(xing),過沖(chong)電(dian)壓350mV。

   (5)器件溫(wen)度可靠  這里的(de)操作完全是按照嚴格的(de)測試程序,PCB板安裝到(dao)標(biao)準(zhun)的(de)充(chong)電器外殼(ke)里。在外殼(ke)環境溫(wen)度為40℃時進行老化實驗,通過探(tan)頭測試幾個核心器件的(de)表面溫(wen)度。  

     AP3700的表面(mian)溫度(du)低,功率器件APT13003和APD240的表面(mian)溫度(du)也在正(zheng)常規范內。   

      不同方案比較(jiao)

   采(cai)用TO-92封裝的(de)(de)AP3700方(fang)案(an),看上(shang)去沒有集成PWM控制器(qi)解決(jue)方(fang)案(an)或自(zi)激振蕩RCC方(fang)案(an)簡潔,但(dan)AP3700方(fang)案(an)決(jue)不是低(di)端方(fang)案(an),相信上(shang)述測試結果(guo)已經給人(ren)一目了然(ran)的(de)(de)印象。

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