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)之(zhi)星EPS規(gui)范2.0版的(de)要求，目(mu)前只有(you)1/10的(de)充電(dian)(dian)器(qi)達到(dao)(dao)這(zhe)(zhe)個(ge)標準。超(chao)低空(kong)載功(gong)耗開始成(cheng)為(wei)不可或缺的(de)行業(ye)標準之(zhi)一(yi)(yi)，并被(bei)視為(wei)衡量企業(ye)是否勇于承擔社會責(ze)任和能否吸引(yin)有(you)環保意識的(de)消費者的(de)手(shou)段之(zhi)一(yi)(yi)。對于另一(yi)(yi)個(ge)關鍵(jian)能耗參數――工(gong)作(zuo)效率(lv)，能源(yuan)之(zhi)星V2.0規(gui)范對1W至250W范圍(wei)內的(de)外部電(dian)(dian)源(yuan)規(gui)定(ding)(ding)了相應(ying)的(de)最(zui)低值(zhi)。這(zhe)(zhe)些值(zhi)根據額定(ding)(ding)功(gong)率(lv)值(zhi)由(you)對數公式計算得出，其(qi)中(zhong)，1W電(dian)(dian)源(yuan)的(de)最(zui)低效率(lv)為(wei)62%，250W電(dian)(dian)源(yuan)的(de)最(zui)低效率(lv)則為(wei)87%，對于5V/500mA (2.5W)電(dian)(dian)源(yuan)，其(qi)最(zui)低效率(lv)應(ying)達到(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(de)(de)效率及空(kong)載功耗(hao)(hao)要求(qiu)，而且此(ci)類要求(qiu)將來(lai)仍有(you)可(ke)能(neng)進(jin)一步提高。電(dian)源規范(fan)的(de)(de)日益嚴格為電(dian)子產品設(she)計師提出了(le)新的(de)(de)挑戰。EPS不僅必(bi)須(xu)具有(you)最低(di)空(kong)載功耗(hao)(hao)和(he)很(hen)高的(de)(de)工作效率，它(ta)(ta)還必(bi)須(xu)能(neng)在(zai)所(suo)有(you)元(yuan)件容(rong)差范(fan)圍內及整個溫度范(fan)圍內提供(gong)(gong)良(liang)好的(de)(de)負載和(he)電(dian)壓調節，并(bing)同時能(neng)滿足EMI標準(zhun)，能(neng)以(yi)具有(you)競爭優勢的(de)(de)成本進(jin)行制造。 Power Integrations(PI)公司的(de)(de)集成開關IC系列LinkSwitch-II專用(yong)于EPS/充電(dian)器(qi)(qi)應(ying)用(yong)。該(gai)器(qi)(qi)件具有(you)恒壓/恒流(liu)(CV/CC)特性，適用(yong)于電(dian)池充電(dian)和(he)LED驅動應(ying)用(yong)。LinkSwitch-II在(zai)變壓器(qi)(qi)中(zhong)獨(du)一無二地(di)采用(yong)了(le)繞組設(she)計，既(ji)可(ke)用(yong)于提供(gong)(gong)反饋(kui)，又(you)可(ke)進(jin)行低(di)壓供(gong)(gong)電(dian)，從(cong)而省去了(le)電(dian)流(liu)檢測電(dian)阻以(yi)及許多其它(ta)(ta)元(yuan)件，使(shi)整個EPS在(zai)空(kong)載條(tiao)件下的(de)(de)功耗(hao)(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(dian)(dian)源的(de)電(dian)(dian)路圖。 2.75W CV/CC通用輸入充電(dian)(dian)器(qi)電(dian)(dian)源電(dian)(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)(de)設計。該(gai)器(qi)件采用了創(chuang)新(xin)的(de)(de)控制(zhi)技術，能夠提供(gong)容(rong)差為(wei)±5%的(de)(de)輸(shu)(shu)出(chu)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)和(he)容(rong)差為(wei)±10%的(de)(de)電(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)調節(jie)，補償變(bian)(bian)壓(ya)(ya)(ya)器(qi)和(he)內(nei)(nei)部參數(shu)容(rong)差隨(sui)輸(shu)(shu)入電(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)的(de)(de)變(bian)(bian)化。 在恒壓(ya)(ya)(ya)階段，輸(shu)(shu)出(chu)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)通過(guo)(guo)開(kai)關(guan)控制(zhi)進行調節(jie)，通過(guo)(guo)跳過(guo)(guo)開(kai)關(guan)周期得以(yi)維持。調節(jie)使(shi)能與禁止(zhi)周期的(de)(de)比例能維持輸(shu)(shu)出(chu)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)的(de)(de)穩定，同(tong)時也可以(yi)使(shi)轉換器(qi)的(de)(de)效率在整個負載(zai)范圍內(nei)(nei)得到優化。在輕載(zai)(涓流(liu)(liu)(liu)充電(dian)(dian))條件下，還可以(yi)降(jiang)低電(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)限(xian)流(liu)(liu)(liu)點以(yi)減小變(bian)(bian)壓(ya)(ya)(ya)器(qi)磁通密度，降(jiang)低音頻噪音和(he)開(kai)關(guan)損(sun)耗。隨(sui)著負載(zai)電(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)的(de)(de)增大，電(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)限(xian)流(liu)(liu)(liu)點也將(jiang)升(sheng)高(gao)，跳過(guo)(guo)的(de)(de)周期也越來越少。

     當不再(zai)跳(tiao)過任何開關(guan)周(zhou)期(qi)時(shi)(達到(dao)(dao)最大功率(lv)點)，LinkSwitch-II內的(de)(de)控制(zhi)(zhi)器(qi)切換到(dao)(dao)恒流模(mo)式。當需(xu)要進一步(bu)提高負載電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流時(shi)，輸(shu)出(chu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)將(jiang)隨之(zhi)下(xia)降(jiang)(jiang)。輸(shu)出(chu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)的(de)(de)下(xia)降(jiang)(jiang)反應(ying)到(dao)(dao)FB引(yin)(yin)腳(jiao)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)上，作為對FB引(yin)(yin)腳(jiao)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)下(xia)降(jiang)(jiang)的(de)(de)響應(ying)，開關(guan)頻(pin)率(lv)將(jiang)線性下(xia)降(jiang)(jiang)，以實現恒流輸(shu)出(chu)。 采(cai)用(yong)(yong)AC市電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)輸(shu)入時(shi)，防(fang)火、可(ke)熔、繞線式電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)RF1提供故障保護，并(bing)限制(zhi)(zhi)啟動期(qi)間(jian)產生的(de)(de)浪涌(yong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流。由(you)L1、C1和(he)(he)C2組(zu)成的(de)(de)π型濾(lv)波器(qi)對整流電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)進行平滑，并(bing)衰減(jian)差模(mo)傳(chuan)導EMI噪聲(sheng)。 D5、R2、R3和(he)(he)C3組(zu)成RCD-R箝位電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)，用(yong)(yong)于(yu)限制(zhi)(zhi)漏(lou)感引(yin)(yin)起的(de)(de)漏(lou)極電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)尖峰。電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)阻(zu)(zu)R3的(de)(de)值較大，用(yong)(yong)于(yu)避免漏(lou)感引(yin)(yin)起的(de)(de)漏(lou)極電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)波形振蕩(dang)(dang)，這(zhe)樣可(ke)防(fang)止關(guan)斷期(qi)間(jian)的(de)(de)過度振蕩(dang)(dang)，從而降(jiang)(jiang)低(di)傳(chuan)導EMI。PI的(de)(de)變(bian)壓(ya)器(qi)E-shield技術將(jiang)進一步(bu)降(jiang)(jiang)低(di)EMI，該技術是(shi)在主繞組(zu)和(he)(he)磁(ci)芯之(zhi)間(jian)添(tian)加一個繞組(zu)，用(yong)(yong)來屏(ping)蔽(bi)磁(ci)芯的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容耦合。此屏(ping)蔽(bi)繞組(zu)位于(yu)端接點4和(he)(he)T1的(de)(de)NC之(zhi)間(jian)。 設計中可(ke)能具有最差制(zhi)(zhi)造容差的(de)(de)元件是(shi)變(bian)壓(ya)器(qi)。

   不(bu)過，在(zai)初級勵磁電(dian)(dian)感(gan)過高(gao)或過低時，轉換(huan)器將通過調節振蕩(dang)器頻率(lv)(lv)(lv)自動對(dui)此進行(xing)(xing)補(bu)償。由于(yu)這個(ge)控制器用于(yu)在(zai)非連(lian)續導通模式下工作，因(yin)此輸出功率(lv)(lv)(lv)與(yu)設(she)定初級電(dian)(dian)感(gan)直接成(cheng)正比(bi)，并可通過調節開關頻率(lv)(lv)(lv)對(dui)其容(rong)差(cha)進行(xing)(xing)完全補(bu)償。 二(er)極管(guan)D7對(dui)次級進行(xing)(xing)整流，C7用來(lai)濾(lv)波(bo)。D7使(shi)用40V肖特基勢(shi)壘二(er)極管(guan)，以便提供更高(gao)的效率(lv)(lv)(lv)。如果(guo)可以接受(shou)(shou)較低的效率(lv)(lv)(lv)，則(ze)可以使(shi)用1A PN結型二(er)極管(guan)以降低成(cheng)本。C6和R7用來(lai)限(xian)制D7上(shang)的瞬態電(dian)(dian)壓(ya)尖峰(feng)，并降低傳導及輻射EMI。本設(she)計采(cai)用了很多EMI濾(lv)波(bo)和屏蔽措施(shi)，能以較大(da)裕量輕松滿(man)足(zu)EN55022 B級標準。 電(dian)(dian)阻R8和齊納二(er)極管(guan)VR1形成(cheng)輸出假負載，可以確保空載時的輸出電(dian)(dian)壓(ya)處(chu)于(yu)可接受(shou)(shou)的限(xian)制范圍內。

   集成(cheng)的齊納二極管用于限制電(dian)(dian)(dian)池自(zi)放電(dian)(dian)(dian)，但如果(guo)沒有此要求(qiu)，則可(ke)(ke)省去該元(yuan)件。 反(fan)饋電(dian)(dian)(dian)阻R5和R6被用來設定最大工(gong)作(zuo)頻率與(yu)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)選偏置(zhi)電(dian)(dian)(dian)源，這(zhe)樣可(ke)(ke)以對(dui)U1進行低(di)壓(ya)供電(dian)(dian)(dian)，從(cong)而使EPS的空(kong)(kong)載(zai)功(gong)耗(hao)(hao)達(da)到30mW。如果(guo)省去這(zhe)些元(yuan)件，U1將(jiang)(jiang)從(cong)高(gao)壓(ya)初級側獲取電(dian)(dian)(dian)源，此時空(kong)(kong)載(zai)功(gong)耗(hao)(hao)最高(gao)將(jiang)(jiang)升至200mW，但仍符合(he)能源之(zhi)星(xing)EPS V2.0規范(fan)。如果(guo)不要求(qiu)達(da)到超低(di)空(kong)(kong)載(zai)功(gong)耗(hao)(hao)，在(zai)可(ke)(ke)省去偏置(zhi)電(dian)(dian)(dian)路，以進一步降低(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(neng)、效率和(he)成本方面設立(li)新基(ji)準。