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)據(ju)能(neng)源(yuan)之星EPS規范2.0版的(de)要求(qiu)，目前只有(you)1/10的(de)充電器達到(dao)這個標(biao)準。超低(di)(di)空(kong)載功耗開始成為(wei)不可或缺的(de)行業標(biao)準之一，并被視為(wei)衡(heng)量(liang)企(qi)業是否勇于承(cheng)擔社會責任(ren)和能(neng)否吸引有(you)環保(bao)意識的(de)消費者的(de)手段之一。對(dui)(dui)于另一個關鍵能(neng)耗參數――工(gong)作效率(lv)，能(neng)源(yuan)之星V2.0規范對(dui)(dui)1W至250W范圍(wei)內(nei)的(de)外部(bu)電源(yuan)規定了相應的(de)最(zui)低(di)(di)值(zhi)。這些值(zhi)根(gen)據(ju)額定功率(lv)值(zhi)由(you)對(dui)(dui)數公式計算得出，其中，1W電源(yuan)的(de)最(zui)低(di)(di)效率(lv)為(wei)62%，250W電源(yuan)的(de)最(zui)低(di)(di)效率(lv)則為(wei)87%，對(dui)(dui)于5V/500mA (2.5W)電源(yuan)，其最(zui)低(di)(di)效率(lv)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(xiao)率及空載(zai)功(gong)耗(hao)要求，而(er)且此類要求將來仍有可(ke)能(neng)進一步提(ti)(ti)高。電(dian)源規(gui)范的(de)(de)(de)日益嚴(yan)格(ge)為(wei)電(dian)子產品設計(ji)師提(ti)(ti)出了(le)新的(de)(de)(de)挑戰。EPS不僅必(bi)(bi)須具有最低(di)空載(zai)功(gong)耗(hao)和很高的(de)(de)(de)工(gong)作效(xiao)率，它(ta)還必(bi)(bi)須能(neng)在所有元件(jian)(jian)容差范圍(wei)內及整個溫度范圍(wei)內提(ti)(ti)供(gong)良好的(de)(de)(de)負載(zai)和電(dian)壓(ya)調節，并同時(shi)能(neng)滿足EMI標準，能(neng)以具有競爭優勢的(de)(de)(de)成本進行制造。 Power Integrations(PI)公(gong)司的(de)(de)(de)集成開(kai)關IC系(xi)列(lie)LinkSwitch-II專(zhuan)用(yong)于(yu)EPS/充電(dian)器應用(yong)。該器件(jian)(jian)具有恒壓(ya)/恒流(CV/CC)特(te)性，適用(yong)于(yu)電(dian)池(chi)充電(dian)和LED驅動應用(yong)。LinkSwitch-II在變壓(ya)器中獨一無二地采用(yong)了(le)繞組設計(ji)，既(ji)可(ke)用(yong)于(yu)提(ti)(ti)供(gong)反饋，又可(ke)進行低(di)壓(ya)供(gong)電(dian)，從而(er)省去(qu)了(le)電(dian)流檢測電(dian)阻以及許多其(qi)它(ta)元件(jian)(jian)，使整個EPS在空載(zai)條(tiao)件(jian)(jian)下的(de)(de)(de)功(gong)耗(hao)僅為(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通用輸入充電(dian)器(qi)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(de)設計。該器(qi)(qi)件采用了(le)創新的(de)控(kong)制技術，能夠提供容差(cha)為±5%的(de)輸(shu)出電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)和(he)容差(cha)為±10%的(de)電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)調(diao)節(jie)，補償(chang)變(bian)壓(ya)(ya)(ya)器(qi)(qi)和(he)內部參數容差(cha)隨(sui)輸(shu)入(ru)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)的(de)變(bian)化。 在(zai)恒壓(ya)(ya)(ya)階段，輸(shu)出電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)通過(guo)開關(guan)控(kong)制進行(xing)調(diao)節(jie)，通過(guo)跳(tiao)過(guo)開關(guan)周(zhou)(zhou)(zhou)期(qi)得(de)以(yi)維(wei)持。調(diao)節(jie)使能與禁止周(zhou)(zhou)(zhou)期(qi)的(de)比例能維(wei)持輸(shu)出電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)的(de)穩定，同時也(ye)可(ke)以(yi)使轉(zhuan)換器(qi)(qi)的(de)效率在(zai)整個負載范(fan)圍內得(de)到優化。在(zai)輕載(涓流(liu)(liu)充電(dian)(dian)(dian))條件下，還可(ke)以(yi)降低電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)限(xian)流(liu)(liu)點(dian)(dian)以(yi)減小變(bian)壓(ya)(ya)(ya)器(qi)(qi)磁(ci)通密度，降低音(yin)頻噪音(yin)和(he)開關(guan)損耗。隨(sui)著負載電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)的(de)增大，電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)限(xian)流(liu)(liu)點(dian)(dian)也(ye)將(jiang)升高，跳(tiao)過(guo)的(de)周(zhou)(zhou)(zhou)期(qi)也(ye)越來越少。

     當不再(zai)跳過任何(he)開(kai)(kai)關周(zhou)期(qi)時(shi)(達到(dao)最大功率(lv)點(dian))，LinkSwitch-II內的(de)控(kong)制器切換到(dao)恒(heng)流(liu)模式。當需(xu)要進(jin)一步(bu)提高負載(zai)電(dian)(dian)流(liu)時(shi)，輸出(chu)(chu)電(dian)(dian)壓(ya)將隨之(zhi)(zhi)下(xia)(xia)(xia)降。輸出(chu)(chu)電(dian)(dian)壓(ya)的(de)下(xia)(xia)(xia)降反應到(dao)FB引(yin)(yin)腳電(dian)(dian)壓(ya)上(shang)，作為對(dui)FB引(yin)(yin)腳電(dian)(dian)壓(ya)下(xia)(xia)(xia)降的(de)響應，開(kai)(kai)關頻率(lv)將線性下(xia)(xia)(xia)降，以實(shi)現恒(heng)流(liu)輸出(chu)(chu)。 采(cai)用(yong)(yong)AC市電(dian)(dian)輸入時(shi)，防火、可(ke)熔(rong)、繞線式電(dian)(dian)阻(zu)(zu)RF1提供故障(zhang)保護，并限制啟動期(qi)間(jian)產生的(de)浪涌(yong)電(dian)(dian)流(liu)。由L1、C1和(he)C2組(zu)成的(de)π型濾波器對(dui)整流(liu)電(dian)(dian)壓(ya)進(jin)行平滑，并衰減差(cha)模傳導EMI噪(zao)聲。 D5、R2、R3和(he)C3組(zu)成RCD-R箝位(wei)電(dian)(dian)路，用(yong)(yong)于(yu)限制漏感引(yin)(yin)起的(de)漏極電(dian)(dian)壓(ya)尖(jian)峰。電(dian)(dian)阻(zu)(zu)R3的(de)值較(jiao)大，用(yong)(yong)于(yu)避免漏感引(yin)(yin)起的(de)漏極電(dian)(dian)壓(ya)波形振蕩(dang)，這樣(yang)可(ke)防止關斷期(qi)間(jian)的(de)過度振蕩(dang)，從而(er)降低傳導EMI。PI的(de)變(bian)壓(ya)器E-shield技術將進(jin)一步(bu)降低EMI，該技術是(shi)在(zai)主繞組(zu)和(he)磁芯(xin)之(zhi)(zhi)間(jian)添加一個繞組(zu)，用(yong)(yong)來屏(ping)蔽(bi)(bi)磁芯(xin)的(de)電(dian)(dian)容(rong)耦合。此屏(ping)蔽(bi)(bi)繞組(zu)位(wei)于(yu)端接(jie)點(dian)4和(he)T1的(de)NC之(zhi)(zhi)間(jian)。 設計中可(ke)能(neng)具有(you)最差(cha)制造容(rong)差(cha)的(de)元(yuan)件是(shi)變(bian)壓(ya)器。

   不過(guo)，在(zai)初(chu)級勵(li)磁(ci)電(dian)(dian)感過(guo)高(gao)或過(guo)低時，轉換(huan)器將(jiang)通(tong)(tong)過(guo)調(diao)節振蕩器頻率自動對此進(jin)(jin)行補償。由于這(zhe)個控制器用于在(zai)非連續導通(tong)(tong)模式下工(gong)作，因此輸(shu)出(chu)功(gong)率與設定初(chu)級電(dian)(dian)感直接成(cheng)正比(bi)，并可(ke)(ke)(ke)通(tong)(tong)過(guo)調(diao)節開(kai)關頻率對其容差進(jin)(jin)行完全補償。 二極管D7對次級進(jin)(jin)行整流，C7用來濾波。D7使(shi)用40V肖特(te)基勢壘二極管，以(yi)便提(ti)供更高(gao)的效(xiao)率。如果可(ke)(ke)(ke)以(yi)接受(shou)(shou)較低的效(xiao)率，則可(ke)(ke)(ke)以(yi)使(shi)用1A PN結型二極管以(yi)降(jiang)低成(cheng)本。C6和(he)R7用來限制D7上的瞬態電(dian)(dian)壓尖峰，并降(jiang)低傳導及輻射EMI。本設計采用了很(hen)多EMI濾波和(he)屏蔽措施，能以(yi)較大裕(yu)量輕(qing)松(song)滿足EN55022 B級標(biao)準。 電(dian)(dian)阻(zu)R8和(he)齊(qi)納二極管VR1形成(cheng)輸(shu)出(chu)假負載(zai)，可(ke)(ke)(ke)以(yi)確保空載(zai)時的輸(shu)出(chu)電(dian)(dian)壓處于可(ke)(ke)(ke)接受(shou)(shou)的限制范圍內。

   集成的(de)齊(qi)納二極管用(yong)于限制電(dian)(dian)池自放(fang)電(dian)(dian)，但(dan)(dan)如果沒有此要求(qiu)(qiu)，則可(ke)省(sheng)去(qu)該元件。 反饋(kui)電(dian)(dian)阻R5和(he)R6被(bei)用(yong)來(lai)設定(ding)最(zui)大工作頻率與恒壓(ya)階段(duan)的(de)輸出電(dian)(dian)壓(ya)。 D6、R4和(he)C5形成U1的(de)可(ke)選偏置電(dian)(dian)源，這樣可(ke)以對U1進行低(di)(di)壓(ya)供電(dian)(dian)，從而使EPS的(de)空載功(gong)耗(hao)達到30mW。如果省(sheng)去(qu)這些元件，U1將從高壓(ya)初級側(ce)獲取電(dian)(dian)源，此時空載功(gong)耗(hao)最(zui)高將升至(zhi)200mW，但(dan)(dan)仍(reng)符(fu)合能源之星EPS V2.0規范。如果不要求(qiu)(qiu)達到超(chao)低(di)(di)空載功(gong)耗(hao)，在可(ke)省(sheng)去(qu)偏置電(dian)(dian)路(lu)，以進一步降低(di)(di)成本。

   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(neng)、效率(lv)和(he)成本方面設立新基準(zhun)。