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。根據能(neng)源(yuan)(yuan)之星(xing)EPS規(gui)范2.0版(ban)的(de)(de)要求，目(mu)前只有1/10的(de)(de)充電(dian)(dian)(dian)器達(da)到(dao)(dao)這(zhe)個標準。超低空載功耗開始成為(wei)(wei)不可(ke)或(huo)缺的(de)(de)行(xing)業標準之一(yi)，并被視為(wei)(wei)衡量企業是否(fou)勇于(yu)承擔社會責任和能(neng)否(fou)吸引(yin)有環保意(yi)識(shi)的(de)(de)消費者的(de)(de)手段之一(yi)。對(dui)于(yu)另一(yi)個關鍵能(neng)耗參數――工(gong)作效率(lv)，能(neng)源(yuan)(yuan)之星(xing)V2.0規(gui)范對(dui)1W至250W范圍(wei)內的(de)(de)外部電(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)規(gui)定(ding)了(le)相應的(de)(de)最(zui)低值。這(zhe)些值根據額(e)定(ding)功率(lv)值由(you)對(dui)數公式(shi)計算(suan)得出，其中，1W電(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)的(de)(de)最(zui)低效率(lv)為(wei)(wei)62%，250W電(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)的(de)(de)最(zui)低效率(lv)則為(wei)(wei)87%，對(dui)于(yu)5V/500mA (2.5W)電(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)，其最(zui)低效率(lv)應達(da)到(dao)(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或電池充電器的效(xiao)率及(ji)空載(zai)功(gong)耗(hao)要(yao)求(qiu)，而(er)且此類要(yao)求(qiu)將來仍有(you)(you)可(ke)能進(jin)一步(bu)提(ti)(ti)(ti)高(gao)。電(dian)(dian)(dian)源規范的日益嚴格(ge)為電(dian)(dian)(dian)子(zi)產品設計(ji)師提(ti)(ti)(ti)出了新的挑戰。EPS不僅必須具有(you)(you)最低(di)(di)空載(zai)功(gong)耗(hao)和很高(gao)的工作效(xiao)率，它還必須能在所有(you)(you)元件容差范圍(wei)內及(ji)整個溫(wen)度范圍(wei)內提(ti)(ti)(ti)供(gong)良好的負(fu)載(zai)和電(dian)(dian)(dian)壓調節，并(bing)同時能滿足EMI標準，能以具有(you)(you)競爭(zheng)優勢的成本(ben)進(jin)行(xing)制造(zao)。 Power Integrations(PI)公司(si)的集成開關IC系列LinkSwitch-II專用(yong)于EPS/充(chong)電(dian)(dian)(dian)器(qi)應用(yong)。該器(qi)件具有(you)(you)恒壓/恒流(CV/CC)特性，適用(yong)于電(dian)(dian)(dian)池充(chong)電(dian)(dian)(dian)和LED驅動應用(yong)。LinkSwitch-II在變壓器(qi)中獨一無二地采用(yong)了繞(rao)組設計(ji)，既可(ke)用(yong)于提(ti)(ti)(ti)供(gong)反饋(kui)，又可(ke)進(jin)行(xing)低(di)(di)壓供(gong)電(dian)(dian)(dian)，從而(er)省去了電(dian)(dian)(dian)流檢測電(dian)(dian)(dian)阻(zu)以及(ji)許多其它元件，使整個EPS在空載(zai)條(tiao)件下的功(gong)耗(hao)僅為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。 2.75W CV/CC通用輸(shu)入充電器電源電路。

　　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)設計(ji)。該器(qi)(qi)件采用了創新的(de)控(kong)制(zhi)技術，能(neng)(neng)夠提(ti)供容差為(wei)±5%的(de)輸(shu)出電(dian)(dian)壓(ya)和容差為(wei)±10%的(de)電(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)調節(jie)(jie)，補償變(bian)壓(ya)器(qi)(qi)和內部參數容差隨輸(shu)入電(dian)(dian)壓(ya)的(de)變(bian)化。 在(zai)恒壓(ya)階段，輸(shu)出電(dian)(dian)壓(ya)通過(guo)開關(guan)控(kong)制(zhi)進行調節(jie)(jie)，通過(guo)跳過(guo)開關(guan)周期(qi)得(de)以(yi)(yi)(yi)維持。調節(jie)(jie)使(shi)能(neng)(neng)與(yu)禁止周期(qi)的(de)比例能(neng)(neng)維持輸(shu)出電(dian)(dian)壓(ya)的(de)穩定，同(tong)時也可(ke)以(yi)(yi)(yi)使(shi)轉換(huan)器(qi)(qi)的(de)效率在(zai)整(zheng)個負(fu)載范圍內得(de)到優化。在(zai)輕載(涓流(liu)(liu)(liu)充電(dian)(dian))條件下，還可(ke)以(yi)(yi)(yi)降(jiang)低電(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)限流(liu)(liu)(liu)點以(yi)(yi)(yi)減小變(bian)壓(ya)器(qi)(qi)磁通密度，降(jiang)低音(yin)頻(pin)噪(zao)音(yin)和開關(guan)損耗(hao)。隨著負(fu)載電(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)的(de)增大，電(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)限流(liu)(liu)(liu)點也將升高，跳過(guo)的(de)周期(qi)也越(yue)來越(yue)少。

     當不再跳(tiao)過任何開關(guan)周期時(達(da)到最大功(gong)率(lv)點)，LinkSwitch-II內的(de)(de)(de)(de)控制器切(qie)換到恒(heng)流(liu)(liu)模式。當需要進(jin)一步提(ti)(ti)高負載電流(liu)(liu)時，輸(shu)出(chu)電壓將(jiang)(jiang)隨(sui)之(zhi)下(xia)(xia)降。輸(shu)出(chu)電壓的(de)(de)(de)(de)下(xia)(xia)降反應到FB引(yin)腳(jiao)電壓上，作為對FB引(yin)腳(jiao)電壓下(xia)(xia)降的(de)(de)(de)(de)響(xiang)應，開關(guan)頻率(lv)將(jiang)(jiang)線性下(xia)(xia)降，以(yi)實現恒(heng)流(liu)(liu)輸(shu)出(chu)。 采用(yong)AC市電輸(shu)入時，防(fang)火、可(ke)熔(rong)、繞線式電阻RF1提(ti)(ti)供故(gu)障保護，并限制啟(qi)動期間(jian)(jian)產生的(de)(de)(de)(de)浪涌電流(liu)(liu)。由L1、C1和C2組(zu)成的(de)(de)(de)(de)π型濾(lv)波器對整(zheng)流(liu)(liu)電壓進(jin)行平滑，并衰(shuai)減差(cha)模傳(chuan)導(dao)EMI噪聲。 D5、R2、R3和C3組(zu)成RCD-R箝位電路，用(yong)于(yu)限制漏感引(yin)起(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)漏極電壓尖峰。電阻R3的(de)(de)(de)(de)值較大，用(yong)于(yu)避免漏感引(yin)起(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)漏極電壓波形振蕩，這樣(yang)可(ke)防(fang)止關(guan)斷期間(jian)(jian)的(de)(de)(de)(de)過度振蕩，從而(er)降低傳(chuan)導(dao)EMI。PI的(de)(de)(de)(de)變壓器E-shield技(ji)術將(jiang)(jiang)進(jin)一步降低EMI，該技(ji)術是在主繞組(zu)和磁芯之(zhi)間(jian)(jian)添加一個繞組(zu)，用(yong)來屏蔽磁芯的(de)(de)(de)(de)電容(rong)耦(ou)合(he)。此屏蔽繞組(zu)位于(yu)端接點4和T1的(de)(de)(de)(de)NC之(zhi)間(jian)(jian)。 設計中可(ke)能具(ju)有最差(cha)制造容(rong)差(cha)的(de)(de)(de)(de)元件是變壓器。

   不過(guo)，在初級勵(li)磁(ci)電感(gan)(gan)過(guo)高(gao)或過(guo)低(di)時，轉換器將(jiang)通過(guo)調(diao)(diao)節(jie)振蕩器頻率(lv)(lv)(lv)(lv)自動對(dui)此(ci)進行補(bu)償。由于(yu)這個控制器用(yong)于(yu)在非連續導通模式下工作，因此(ci)輸出(chu)功率(lv)(lv)(lv)(lv)與(yu)設(she)定初級電感(gan)(gan)直接成(cheng)正(zheng)比，并可通過(guo)調(diao)(diao)節(jie)開關頻率(lv)(lv)(lv)(lv)對(dui)其(qi)容差(cha)進行完全補(bu)償。 二(er)(er)極管(guan)D7對(dui)次級進行整流，C7用(yong)來濾波(bo)(bo)。D7使用(yong)40V肖特基勢壘二(er)(er)極管(guan)，以(yi)(yi)便提(ti)供更高(gao)的(de)(de)(de)效率(lv)(lv)(lv)(lv)。如果可以(yi)(yi)接受較低(di)的(de)(de)(de)效率(lv)(lv)(lv)(lv)，則可以(yi)(yi)使用(yong)1A PN結型二(er)(er)極管(guan)以(yi)(yi)降(jiang)低(di)成(cheng)本。C6和R7用(yong)來限(xian)制D7上的(de)(de)(de)瞬(shun)態電壓尖(jian)峰，并降(jiang)低(di)傳導及輻射EMI。本設(she)計采用(yong)了很多EMI濾波(bo)(bo)和屏蔽措施，能以(yi)(yi)較大裕量輕松(song)滿足EN55022 B級標準(zhun)。 電阻R8和齊納二(er)(er)極管(guan)VR1形成(cheng)輸出(chu)假負載(zai)，可以(yi)(yi)確保空載(zai)時的(de)(de)(de)輸出(chu)電壓處于(yu)可接受的(de)(de)(de)限(xian)制范圍內。

   集成的(de)(de)齊納二極管(guan)用于限制電(dian)池自放電(dian)，但(dan)如(ru)果沒有(you)此(ci)(ci)要求(qiu)，則可(ke)(ke)(ke)省(sheng)(sheng)去(qu)該元(yuan)件。 反饋電(dian)阻R5和R6被用來設定(ding)最大工作頻率與恒壓(ya)(ya)階段的(de)(de)輸(shu)出電(dian)壓(ya)(ya)。 D6、R4和C5形成U1的(de)(de)可(ke)(ke)(ke)選(xuan)偏置電(dian)源，這樣可(ke)(ke)(ke)以對U1進行低壓(ya)(ya)供電(dian)，從而使EPS的(de)(de)空載功耗達到30mW。如(ru)果省(sheng)(sheng)去(qu)這些元(yuan)件，U1將從高(gao)壓(ya)(ya)初級側(ce)獲取電(dian)源，此(ci)(ci)時空載功耗最高(gao)將升至200mW，但(dan)仍符合能源之星EPS V2.0規范。如(ru)果不要求(qiu)達到超低空載功耗，在可(ke)(ke)(ke)省(sheng)(sheng)去(qu)偏置電(dian)路(lu)，以進一步降低成本(ben)。

   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(neng)、效率和成(cheng)本方面設(she)立新基(ji)準。