全球大型手機公司甚至開始要求充電器廠家供應空載功耗為30mW的電池充電器。根(gen)(gen)據(ju)(ju)能源(yuan)之星EPS規(gui)范(fan)2.0版(ban)的(de)(de)(de)(de)(de)要求(qiu)，目前只有1/10的(de)(de)(de)(de)(de)充電(dian)器達到(dao)這(zhe)個(ge)標準。超低(di)(di)空載(zai)功(gong)耗開始成為不(bu)可(ke)或缺(que)的(de)(de)(de)(de)(de)行業標準之一，并被視為衡量企業是否(fou)勇(yong)于(yu)承擔(dan)社會責(ze)任(ren)和(he)能否(fou)吸引有環(huan)保意識的(de)(de)(de)(de)(de)消費者的(de)(de)(de)(de)(de)手(shou)段(duan)之一。對于(yu)另一個(ge)關(guan)鍵能耗參數(shu)(shu)――工(gong)作效(xiao)(xiao)率，能源(yuan)之星V2.0規(gui)范(fan)對1W至250W范(fan)圍內的(de)(de)(de)(de)(de)外部電(dian)源(yuan)規(gui)定(ding)了相應的(de)(de)(de)(de)(de)最(zui)(zui)低(di)(di)值(zhi)。這(zhe)些值(zhi)根(gen)(gen)據(ju)(ju)額定(ding)功(gong)率值(zhi)由對數(shu)(shu)公式(shi)計算得出(chu)，其(qi)中(zhong)，1W電(dian)源(yuan)的(de)(de)(de)(de)(de)最(zui)(zui)低(di)(di)效(xiao)(xiao)率為62%，250W電(dian)源(yuan)的(de)(de)(de)(de)(de)最(zui)(zui)低(di)(di)效(xiao)(xiao)率則為87%，對于(yu)5V/500mA (2.5W)電(dian)源(yuan)，其(qi)最(zui)(zui)低(di)(di)效(xiao)(xiao)率應達到(dao)63%

   隨著媒體播放器、PDA、手機等便攜式電子設備的使用量大幅增加，外部電源(EPS)或電池充電器開始占據住宅內的電源插座。EPS所消耗的電量在住宅總用電量中已占到了很大的比重。在能源消耗和電器效率倍受關注的今天，包括歐盟委員會行為準則(CoC)和美國能源之星在內的監管機構相繼提高EPS或電池充電器的(de)(de)(de)效率及空載(zai)功(gong)耗(hao)要(yao)求，而(er)且(qie)此類要(yao)求將來仍有可(ke)(ke)能(neng)(neng)(neng)進(jin)一步(bu)提高(gao)。電(dian)源規范(fan)的(de)(de)(de)日益嚴(yan)格(ge)為(wei)電(dian)子(zi)產(chan)品(pin)設計(ji)師提出了新(xin)的(de)(de)(de)挑戰。EPS不(bu)僅(jin)必須(xu)具有最低空載(zai)功(gong)耗(hao)和(he)(he)很高(gao)的(de)(de)(de)工作效率，它還必須(xu)能(neng)(neng)(neng)在所(suo)有元件(jian)容差范(fan)圍內及整個溫(wen)度范(fan)圍內提供(gong)良好的(de)(de)(de)負(fu)載(zai)和(he)(he)電(dian)壓(ya)調節，并同時能(neng)(neng)(neng)滿(man)足EMI標準，能(neng)(neng)(neng)以(yi)具有競爭優勢(shi)的(de)(de)(de)成本(ben)進(jin)行(xing)(xing)制(zhi)造。 Power Integrations(PI)公司的(de)(de)(de)集(ji)成開關(guan)IC系列(lie)LinkSwitch-II專用(yong)于(yu)(yu)EPS/充電(dian)器(qi)應(ying)(ying)用(yong)。該器(qi)件(jian)具有恒壓(ya)/恒流(CV/CC)特性，適用(yong)于(yu)(yu)電(dian)池(chi)充電(dian)和(he)(he)LED驅(qu)動應(ying)(ying)用(yong)。LinkSwitch-II在變壓(ya)器(qi)中獨一無二(er)地采用(yong)了繞組(zu)設計(ji)，既可(ke)(ke)用(yong)于(yu)(yu)提供(gong)反饋(kui)，又(you)可(ke)(ke)進(jin)行(xing)(xing)低壓(ya)供(gong)電(dian)，從(cong)而(er)省(sheng)去了電(dian)流檢測(ce)電(dian)阻(zu)以(yi)及許多其它元件(jian)，使整個EPS在空載(zai)條件(jian)下的(de)(de)(de)功(gong)耗(hao)僅(jin)為(wei)30mW。

   許多手機制造商都在努力開發空載性能高于能源之星標準的EPS，這是因為手機EPS通常每天只需1個小時為手機充電，其它23個小時仍插在插座上，一直處于空載狀態。與工作時的輸出功率相比，盡管空載功耗非常低，但總能耗仍非常高。利用LinkSwitch-II節省大量的能源，2.75W電源的帶載效率可達74%，空載功耗始終低于30mW，因而輕松滿足能源之星標準。 PI 2.75W充電器與能源之星EPS V2.0標準的對比。(注：輸入電壓交流230V，帶載占空比/空載占空比為1小時/23小時)。表1將PI的2.75W電源設計的性能與剛剛達到能源之星V2.0標準的電源進行了對比，從中可看出在PI 2.75W充電器每年節省的2.46 kWh電量中，有2.25 kWh來自空載功耗。圖1給出了2.75W充電器電源的電路圖(tu)。 2.75W CV/CC通用輸入充電器(qi)電源電路。

　　本電源設計的關鍵在于采用了LinkSwitch-II IC(U1)。該器件在一個單片IC上集成了一個700 V的功率MOSFET、新穎的開/關控制狀態機、一個自偏置的高壓開關電流源、頻率抖動、逐周期電流限制及遲滯熱關斷電路。它通過在隔離式設計中省去昂貴的光耦器和次級控制電路，大大簡化了低功率CV/CC充電器的(de)(de)設計。該器件(jian)采(cai)用了創新的(de)(de)控制技術，能(neng)夠提供容差(cha)為±5%的(de)(de)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)和(he)容差(cha)為±10%的(de)(de)電(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)調節(jie)，補(bu)償變壓(ya)器和(he)內(nei)(nei)部參(can)數容差(cha)隨輸(shu)入電(dian)壓(ya)的(de)(de)變化。 在恒壓(ya)階(jie)段，輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)通(tong)過開關(guan)控制進行(xing)調節(jie)，通(tong)過跳過開關(guan)周期(qi)得以(yi)維(wei)持。調節(jie)使能(neng)與禁止周期(qi)的(de)(de)比例能(neng)維(wei)持輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)的(de)(de)穩定，同時也(ye)可以(yi)使轉換器的(de)(de)效率在整(zheng)個(ge)負載(zai)(zai)(zai)范圍內(nei)(nei)得到優化。在輕(qing)載(zai)(zai)(zai)(涓流(liu)(liu)(liu)(liu)充(chong)電(dian))條件(jian)下，還(huan)可以(yi)降(jiang)(jiang)低電(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)限流(liu)(liu)(liu)(liu)點以(yi)減小變壓(ya)器磁(ci)通(tong)密(mi)度，降(jiang)(jiang)低音頻(pin)噪音和(he)開關(guan)損耗。隨著負載(zai)(zai)(zai)電(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)的(de)(de)增大，電(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)限流(liu)(liu)(liu)(liu)點也(ye)將(jiang)升高(gao)，跳過的(de)(de)周期(qi)也(ye)越來(lai)越少。

     當(dang)不(bu)再跳過任何開關周期時(shi)(達(da)到(dao)(dao)最大功率(lv)點)，LinkSwitch-II內的(de)(de)控制器(qi)(qi)切換到(dao)(dao)恒流模式。當(dang)需要(yao)進(jin)一(yi)步提(ti)高負(fu)載電(dian)(dian)(dian)(dian)流時(shi)，輸(shu)出電(dian)(dian)(dian)(dian)壓將隨之下降(jiang)。輸(shu)出電(dian)(dian)(dian)(dian)壓的(de)(de)下降(jiang)反應到(dao)(dao)FB引(yin)腳(jiao)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓上(shang)，作(zuo)為對FB引(yin)腳(jiao)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓下降(jiang)的(de)(de)響應，開關頻率(lv)將線(xian)性(xing)下降(jiang)，以實現恒流輸(shu)出。 采用(yong)(yong)AC市電(dian)(dian)(dian)(dian)輸(shu)入時(shi)，防(fang)火、可熔、繞線(xian)式電(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)RF1提(ti)供故障保護，并限制啟動期間(jian)產生的(de)(de)浪涌電(dian)(dian)(dian)(dian)流。由(you)L1、C1和(he)(he)(he)C2組(zu)成(cheng)的(de)(de)π型濾波器(qi)(qi)對整(zheng)流電(dian)(dian)(dian)(dian)壓進(jin)行平(ping)滑，并衰減差(cha)模傳導EMI噪聲。 D5、R2、R3和(he)(he)(he)C3組(zu)成(cheng)RCD-R箝(qian)位電(dian)(dian)(dian)(dian)路，用(yong)(yong)于限制漏感(gan)引(yin)起的(de)(de)漏極電(dian)(dian)(dian)(dian)壓尖峰。電(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)R3的(de)(de)值較大，用(yong)(yong)于避(bi)免漏感(gan)引(yin)起的(de)(de)漏極電(dian)(dian)(dian)(dian)壓波形振(zhen)蕩，這樣可防(fang)止關斷(duan)期間(jian)的(de)(de)過度(du)振(zhen)蕩，從(cong)而降(jiang)低傳導EMI。PI的(de)(de)變(bian)壓器(qi)(qi)E-shield技(ji)術(shu)(shu)將進(jin)一(yi)步降(jiang)低EMI，該技(ji)術(shu)(shu)是在主繞組(zu)和(he)(he)(he)磁芯(xin)之間(jian)添加(jia)一(yi)個繞組(zu)，用(yong)(yong)來屏蔽磁芯(xin)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)容耦合。此屏蔽繞組(zu)位于端(duan)接點4和(he)(he)(he)T1的(de)(de)NC之間(jian)。 設計中可能(neng)具(ju)有最差(cha)制造容差(cha)的(de)(de)元(yuan)件(jian)是變(bian)壓器(qi)(qi)。

   不過，在初級(ji)(ji)勵磁電(dian)感(gan)過高(gao)或過低時，轉換器將通過調(diao)(diao)節振蕩器頻率(lv)自(zi)動對(dui)此進行(xing)補(bu)償(chang)。由于(yu)(yu)這個控制器用于(yu)(yu)在非連續導通模式(shi)下工作，因此輸(shu)出功(gong)率(lv)與設定初級(ji)(ji)電(dian)感(gan)直接成(cheng)正比，并可(ke)通過調(diao)(diao)節開關頻率(lv)對(dui)其容差(cha)進行(xing)完全補(bu)償(chang)。 二極(ji)(ji)管(guan)D7對(dui)次級(ji)(ji)進行(xing)整(zheng)流，C7用來濾波(bo)。D7使用40V肖特(te)基(ji)勢壘二極(ji)(ji)管(guan)，以(yi)(yi)便提供(gong)更高(gao)的(de)效率(lv)。如(ru)果可(ke)以(yi)(yi)接受較低的(de)效率(lv)，則可(ke)以(yi)(yi)使用1A PN結(jie)型二極(ji)(ji)管(guan)以(yi)(yi)降(jiang)低成(cheng)本。C6和(he)R7用來限制D7上的(de)瞬態電(dian)壓尖峰，并降(jiang)低傳導及輻射EMI。本設計采用了很多EMI濾波(bo)和(he)屏蔽措施，能(neng)以(yi)(yi)較大裕量輕松滿足EN55022 B級(ji)(ji)標準。 電(dian)阻R8和(he)齊納二極(ji)(ji)管(guan)VR1形成(cheng)輸(shu)出假負(fu)載(zai)，可(ke)以(yi)(yi)確保空載(zai)時的(de)輸(shu)出電(dian)壓處于(yu)(yu)可(ke)接受的(de)限制范圍內。

   集成(cheng)的齊(qi)納(na)二極管用于限制電(dian)(dian)(dian)池自放(fang)電(dian)(dian)(dian)，但(dan)如(ru)(ru)果(guo)沒有此要(yao)求(qiu)，則(ze)可(ke)(ke)(ke)省(sheng)去該(gai)元件。 反(fan)饋電(dian)(dian)(dian)阻R5和R6被用來設定最(zui)大工作(zuo)頻率與恒壓(ya)階段的輸出電(dian)(dian)(dian)壓(ya)。 D6、R4和C5形成(cheng)U1的可(ke)(ke)(ke)選偏置電(dian)(dian)(dian)源，這樣可(ke)(ke)(ke)以(yi)對U1進行(xing)低(di)壓(ya)供(gong)電(dian)(dian)(dian)，從(cong)(cong)而使EPS的空載(zai)功耗達(da)到(dao)30mW。如(ru)(ru)果(guo)省(sheng)去這些(xie)元件，U1將從(cong)(cong)高壓(ya)初級(ji)側獲取電(dian)(dian)(dian)源，此時空載(zai)功耗最(zui)高將升至200mW，但(dan)仍符合能源之(zhi)星EPS V2.0規范。如(ru)(ru)果(guo)不要(yao)求(qiu)達(da)到(dao)超低(di)空載(zai)功耗，在可(ke)(ke)(ke)省(sheng)去偏置電(dian)(dian)(dian)路，以(yi)進一(yi)步降低(di)成(cheng)本。

   C4的作用是對U1進行去耦并控制輸出電纜補償功能。這種補償方式可以確保在恒壓模式下以及整個負載范圍內向電纜末端提供恒壓輸出，但隨著轉換器負載從空載增大至峰值功率點(恒壓與恒流之間的切換點)，它將通過增大反饋引腳參考電壓對輸出電纜上的壓降進行補償。控制器則根據狀態調節器的輸出來決定輸出負載以及相應補償的程度。 1μF的值對應對一條0.3 Ω、24 AWG USB輸出電纜的補償。(10 μF電容對0.49 Ω、26 AWG USB輸出電纜進行補償。) 圖2描述了25℃條件下對整個輸入電壓范圍內的輸出電壓及電流的嚴格控制。圖2中所示的LinkSwitch-II的輸出容差是以P/G封裝在0℃至100℃的結溫度范圍內指定的。 25℃條件下隨輸入電壓變化的典型CV/CC特性曲線。　　LinkSwitch-II內所集成的多項控制和保護功能化解了開關電源設計中常見的難題，并能確保在大批量生產中保持其性能的一致性。LinkSwitch-II為低功率外部電源在性能、效率和(he)成本方面(mian)設(she)立(li)新(xin)基準。