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。根據能源(yuan)(yuan)之(zhi)星(xing)EPS規范(fan)2.0版的(de)(de)要求(qiu)，目(mu)前只有1/10的(de)(de)充電(dian)(dian)器(qi)達(da)到這(zhe)個(ge)(ge)標準。超低(di)空載功(gong)耗開始成(cheng)為不可或缺的(de)(de)行業標準之(zhi)一(yi)，并(bing)被視為衡(heng)量企業是否勇于(yu)承擔(dan)社會責任和能否吸(xi)引有環(huan)保意識的(de)(de)消費(fei)者的(de)(de)手段(duan)之(zhi)一(yi)。對于(yu)另一(yi)個(ge)(ge)關鍵能耗參數(shu)――工(gong)作效(xiao)率(lv)(lv)(lv)，能源(yuan)(yuan)之(zhi)星(xing)V2.0規范(fan)對1W至250W范(fan)圍內的(de)(de)外部電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)規定(ding)了(le)相應的(de)(de)最(zui)低(di)值。這(zhe)些值根據額定(ding)功(gong)率(lv)(lv)(lv)值由(you)對數(shu)公(gong)式計(ji)算得出，其中(zhong)，1W電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)的(de)(de)最(zui)低(di)效(xiao)率(lv)(lv)(lv)為62%，250W電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)的(de)(de)最(zui)低(di)效(xiao)率(lv)(lv)(lv)則為87%，對于(yu)5V/500mA (2.5W)電(dian)(dian)源(yuan)(yuan)，其最(zui)低(di)效(xiao)率(lv)(lv)(lv)應達(da)到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)效率(lv)及空載(zai)(zai)功耗要求，而且此類要求將來仍有(you)(you)(you)可能(neng)進一步提高(gao)。電(dian)(dian)源規范(fan)的(de)(de)日益嚴格為(wei)電(dian)(dian)子產品設(she)(she)計師提出了(le)(le)新的(de)(de)挑戰(zhan)。EPS不(bu)僅(jin)必須(xu)(xu)具有(you)(you)(you)最(zui)低空載(zai)(zai)功耗和很高(gao)的(de)(de)工作效率(lv)，它(ta)還必須(xu)(xu)能(neng)在所有(you)(you)(you)元件(jian)(jian)容差范(fan)圍內及整個溫度范(fan)圍內提供良好的(de)(de)負載(zai)(zai)和電(dian)(dian)壓(ya)調節，并同時能(neng)滿足EMI標(biao)準(zhun)，能(neng)以具有(you)(you)(you)競爭優勢的(de)(de)成本進行制造。 Power Integrations(PI)公(gong)司的(de)(de)集成開關IC系列(lie)LinkSwitch-II專用(yong)于EPS/充電(dian)(dian)器應(ying)用(yong)。該器件(jian)(jian)具有(you)(you)(you)恒壓(ya)/恒流(CV/CC)特性(xing)，適用(yong)于電(dian)(dian)池充電(dian)(dian)和LED驅動應(ying)用(yong)。LinkSwitch-II在變(bian)壓(ya)器中獨(du)一無二(er)地采用(yong)了(le)(le)繞組設(she)(she)計，既可用(yong)于提供反饋，又可進行低壓(ya)供電(dian)(dian)，從而省去了(le)(le)電(dian)(dian)流檢測電(dian)(dian)阻以及許多(duo)其它(ta)元件(jian)(jian)，使整個EPS在空載(zai)(zai)條(tiao)件(jian)(jian)下的(de)(de)功耗僅(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(dian)源的電(dian)路圖。 2.75W CV/CC通用(yong)輸入充電(dian)器電(dian)源電(dian)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充電器的設計。該(gai)器(qi)件采用了創(chuang)新的控制(zhi)技術，能夠(gou)提供(gong)容(rong)差為±5%的輸(shu)出(chu)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)和容(rong)差為±10%的電(dian)(dian)(dian)流(liu)調(diao)節，補償變(bian)(bian)(bian)壓(ya)器(qi)和內部(bu)參(can)數容(rong)差隨輸(shu)入(ru)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)的變(bian)(bian)(bian)化(hua)。 在(zai)(zai)恒壓(ya)階段，輸(shu)出(chu)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)通(tong)(tong)過(guo)開關(guan)控制(zhi)進行調(diao)節，通(tong)(tong)過(guo)跳(tiao)過(guo)開關(guan)周期得以(yi)維(wei)持(chi)。調(diao)節使能與(yu)禁止周期的比(bi)例(li)能維(wei)持(chi)輸(shu)出(chu)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)的穩定，同(tong)時也(ye)(ye)可以(yi)使轉(zhuan)換器(qi)的效率在(zai)(zai)整個(ge)負載范圍(wei)內得到優化(hua)。在(zai)(zai)輕(qing)載(涓(juan)流(liu)充電(dian)(dian)(dian))條件下，還可以(yi)降(jiang)低電(dian)(dian)(dian)流(liu)限流(liu)點(dian)以(yi)減小變(bian)(bian)(bian)壓(ya)器(qi)磁通(tong)(tong)密度，降(jiang)低音頻噪音和開關(guan)損耗。隨著負載電(dian)(dian)(dian)流(liu)的增大，電(dian)(dian)(dian)流(liu)限流(liu)點(dian)也(ye)(ye)將升高，跳(tiao)過(guo)的周期也(ye)(ye)越(yue)來越(yue)少。

     當不再跳過任(ren)何開關周(zhou)期(qi)時(達到(dao)最大功(gong)率點)，LinkSwitch-II內的控制(zhi)(zhi)器(qi)(qi)(qi)切換到(dao)恒流(liu)(liu)模式。當需要進一(yi)步(bu)提高負載電(dian)(dian)流(liu)(liu)時，輸(shu)(shu)出電(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)(ya)將(jiang)隨之下(xia)降。輸(shu)(shu)出電(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)(ya)的下(xia)降反應(ying)到(dao)FB引(yin)(yin)(yin)腳電(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)(ya)上，作(zuo)為對FB引(yin)(yin)(yin)腳電(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)(ya)下(xia)降的響應(ying)，開關頻率將(jiang)線性下(xia)降，以(yi)實現恒流(liu)(liu)輸(shu)(shu)出。 采用(yong)(yong)(yong)AC市(shi)電(dian)(dian)輸(shu)(shu)入時，防火(huo)、可熔、繞(rao)線式電(dian)(dian)阻(zu)RF1提供故障保護(hu)，并限制(zhi)(zhi)啟動期(qi)間(jian)產(chan)生的浪涌電(dian)(dian)流(liu)(liu)。由L1、C1和(he)C2組(zu)成的π型濾(lv)波器(qi)(qi)(qi)對整流(liu)(liu)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)(ya)進行(xing)平滑，并衰(shuai)減差模傳導EMI噪聲。 D5、R2、R3和(he)C3組(zu)成RCD-R箝位(wei)電(dian)(dian)路，用(yong)(yong)(yong)于(yu)限制(zhi)(zhi)漏感引(yin)(yin)(yin)起的漏極(ji)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)(ya)尖峰(feng)。電(dian)(dian)阻(zu)R3的值(zhi)較大，用(yong)(yong)(yong)于(yu)避免(mian)漏感引(yin)(yin)(yin)起的漏極(ji)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)(ya)波形振蕩(dang)，這樣可防止關斷(duan)期(qi)間(jian)的過度(du)振蕩(dang)，從而降低傳導EMI。PI的變(bian)壓(ya)(ya)(ya)(ya)器(qi)(qi)(qi)E-shield技術將(jiang)進一(yi)步(bu)降低EMI，該技術是在主繞(rao)組(zu)和(he)磁芯之間(jian)添加(jia)一(yi)個繞(rao)組(zu)，用(yong)(yong)(yong)來(lai)屏蔽磁芯的電(dian)(dian)容耦合。此屏蔽繞(rao)組(zu)位(wei)于(yu)端接點4和(he)T1的NC之間(jian)。 設計中可能具(ju)有最差制(zhi)(zhi)造容差的元(yuan)件是變(bian)壓(ya)(ya)(ya)(ya)器(qi)(qi)(qi)。

   不過(guo)，在(zai)初(chu)級勵(li)磁(ci)電感過(guo)高或過(guo)低時，轉(zhuan)換器將通過(guo)調節(jie)振蕩器頻率(lv)自動對(dui)(dui)此進行補償(chang)。由(you)于(yu)這個控(kong)制(zhi)器用于(yu)在(zai)非連續導通模式下工(gong)作，因(yin)此輸(shu)出功率(lv)與設(she)定初(chu)級電感直接(jie)成正比(bi)，并可(ke)(ke)通過(guo)調節(jie)開關頻率(lv)對(dui)(dui)其容差進行完(wan)全補償(chang)。 二極(ji)(ji)管(guan)D7對(dui)(dui)次級進行整流，C7用來濾(lv)波(bo)(bo)。D7使用40V肖(xiao)特基勢壘(lei)二極(ji)(ji)管(guan)，以(yi)便提供(gong)更高的(de)效(xiao)率(lv)。如果可(ke)(ke)以(yi)接(jie)受(shou)較低的(de)效(xiao)率(lv)，則可(ke)(ke)以(yi)使用1A PN結型二極(ji)(ji)管(guan)以(yi)降(jiang)低成本。C6和R7用來限制(zhi)D7上的(de)瞬態(tai)電壓尖峰，并降(jiang)低傳導及輻(fu)射EMI。本設(she)計采(cai)用了(le)很多EMI濾(lv)波(bo)(bo)和屏蔽措施，能以(yi)較大裕量(liang)輕松滿足EN55022 B級標準。 電阻R8和齊(qi)納二極(ji)(ji)管(guan)VR1形成輸(shu)出假(jia)負載，可(ke)(ke)以(yi)確保空載時的(de)輸(shu)出電壓處于(yu)可(ke)(ke)接(jie)受(shou)的(de)限制(zhi)范圍內(nei)。

   集成(cheng)的(de)齊納二(er)極管用于限制電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)自放電(dian)(dian)(dian)(dian)，但如果沒有(you)此(ci)要(yao)求，則可省(sheng)(sheng)去該元(yuan)件。 反饋電(dian)(dian)(dian)(dian)阻R5和R6被用來設定最大工作(zuo)頻率(lv)與恒壓(ya)(ya)階段的(de)輸出電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)。 D6、R4和C5形成(cheng)U1的(de)可選(xuan)偏置(zhi)電(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)，這(zhe)樣可以對U1進(jin)行低壓(ya)(ya)供(gong)電(dian)(dian)(dian)(dian)，從(cong)而使(shi)EPS的(de)空載功耗(hao)達到30mW。如果省(sheng)(sheng)去這(zhe)些元(yuan)件，U1將從(cong)高壓(ya)(ya)初級側獲取電(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)，此(ci)時空載功耗(hao)最高將升至200mW，但仍(reng)符合能源(yuan)之星EPS V2.0規范。如果不要(yao)求達到超低空載功耗(hao)，在可省(sheng)(sheng)去偏置(zhi)電(dian)(dian)(dian)(dian)路，以進(jin)一(yi)步降低成(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、效率和成本方面設立新基準(zhun)。