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)(yuan)之(zhi)星EPS規(gui)范(fan)2.0版的(de)要求，目前只有1/10的(de)充電器達到(dao)這個標(biao)(biao)準。超低空載功(gong)耗開(kai)始成為不可或缺(que)的(de)行業(ye)標(biao)(biao)準之(zhi)一(yi)(yi)(yi)，并被視為衡量(liang)企業(ye)是否(fou)勇于(yu)承擔社會責任和(he)能(neng)否(fou)吸(xi)引有環保意識的(de)消(xiao)費者的(de)手(shou)段之(zhi)一(yi)(yi)(yi)。對(dui)于(yu)另一(yi)(yi)(yi)個關(guan)鍵能(neng)耗參(can)數――工(gong)作效(xiao)(xiao)(xiao)率，能(neng)源(yuan)(yuan)之(zhi)星V2.0規(gui)范(fan)對(dui)1W至250W范(fan)圍內(nei)的(de)外部電源(yuan)(yuan)規(gui)定了相應的(de)最(zui)低值。這些值根(gen)據(ju)額定功(gong)率值由對(dui)數公式(shi)計(ji)算得(de)出，其中，1W電源(yuan)(yuan)的(de)最(zui)低效(xiao)(xiao)(xiao)率為62%，250W電源(yuan)(yuan)的(de)最(zui)低效(xiao)(xiao)(xiao)率則為87%，對(dui)于(yu)5V/500mA (2.5W)電源(yuan)(yuan)，其最(zui)低效(xiao)(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)效率(lv)及(ji)空載功耗要求，而(er)且此類要求將來(lai)仍有(you)(you)(you)(you)可能(neng)進一步提高(gao)。電(dian)(dian)源規范(fan)(fan)的(de)日(ri)益嚴(yan)格為電(dian)(dian)子(zi)產品設計(ji)(ji)師提出了(le)新(xin)的(de)挑(tiao)戰(zhan)。EPS不僅必(bi)須(xu)具(ju)(ju)有(you)(you)(you)(you)最低(di)(di)空載功耗和(he)(he)很高(gao)的(de)工作(zuo)效率(lv)，它(ta)還必(bi)須(xu)能(neng)在所(suo)有(you)(you)(you)(you)元(yuan)件(jian)容差范(fan)(fan)圍內(nei)及(ji)整個溫(wen)度范(fan)(fan)圍內(nei)提供(gong)良好(hao)的(de)負(fu)載和(he)(he)電(dian)(dian)壓調節，并同時能(neng)滿足EMI標準，能(neng)以具(ju)(ju)有(you)(you)(you)(you)競(jing)爭優(you)勢的(de)成(cheng)本進行制造(zao)。 Power Integrations(PI)公司的(de)集成(cheng)開關IC系(xi)列LinkSwitch-II專用(yong)(yong)于EPS/充電(dian)(dian)器(qi)應(ying)用(yong)(yong)。該器(qi)件(jian)具(ju)(ju)有(you)(you)(you)(you)恒壓/恒流(liu)(CV/CC)特性(xing)，適用(yong)(yong)于電(dian)(dian)池充電(dian)(dian)和(he)(he)LED驅動應(ying)用(yong)(yong)。LinkSwitch-II在變壓器(qi)中(zhong)獨一無二地采(cai)用(yong)(yong)了(le)繞組(zu)設計(ji)(ji)，既可用(yong)(yong)于提供(gong)反饋，又可進行低(di)(di)壓供(gong)電(dian)(dian)，從(cong)而(er)省去了(le)電(dian)(dian)流(liu)檢測(ce)電(dian)(dian)阻以及(ji)許多其它(ta)元(yuan)件(jian)，使整個EPS在空載條(tiao)件(jian)下的(de)功耗僅為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(lu)圖。 2.75W CV/CC通用輸入充電器電源電路(lu)。

　　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)(de)設計。該器(qi)(qi)件(jian)采用了創(chuang)新的(de)(de)(de)控制技術，能夠提供容(rong)差(cha)為(wei)±5%的(de)(de)(de)輸出電(dian)(dian)壓(ya)和容(rong)差(cha)為(wei)±10%的(de)(de)(de)電(dian)(dian)流(liu)調節，補(bu)償變(bian)壓(ya)器(qi)(qi)和內(nei)部(bu)參數容(rong)差(cha)隨輸入電(dian)(dian)壓(ya)的(de)(de)(de)變(bian)化。 在恒壓(ya)階段，輸出電(dian)(dian)壓(ya)通過(guo)開(kai)關(guan)控制進行調節，通過(guo)跳(tiao)過(guo)開(kai)關(guan)周期(qi)得以(yi)維(wei)持。調節使能與禁止周期(qi)的(de)(de)(de)比例(li)能維(wei)持輸出電(dian)(dian)壓(ya)的(de)(de)(de)穩定(ding)，同(tong)時也(ye)可以(yi)使轉(zhuan)換(huan)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)效(xiao)率(lv)在整個負載(zai)(zai)范圍(wei)內(nei)得到優化。在輕(qing)載(zai)(zai)(涓(juan)流(liu)充電(dian)(dian))條件(jian)下，還可以(yi)降低(di)(di)電(dian)(dian)流(liu)限(xian)流(liu)點以(yi)減小變(bian)壓(ya)器(qi)(qi)磁通密度，降低(di)(di)音(yin)頻噪(zao)音(yin)和開(kai)關(guan)損耗。隨著(zhu)負載(zai)(zai)電(dian)(dian)流(liu)的(de)(de)(de)增大，電(dian)(dian)流(liu)限(xian)流(liu)點也(ye)將升高(gao)，跳(tiao)過(guo)的(de)(de)(de)周期(qi)也(ye)越來越少。

     當不再跳過(guo)任何開關周期時(shi)(shi)(達到(dao)最大(da)功率點(dian)(dian))，LinkSwitch-II內的(de)(de)(de)控制器(qi)(qi)切換(huan)到(dao)恒流模式。當需要(yao)進(jin)一(yi)(yi)步(bu)提高負載電(dian)(dian)流時(shi)(shi)，輸出電(dian)(dian)壓(ya)(ya)將隨之(zhi)下(xia)(xia)降。輸出電(dian)(dian)壓(ya)(ya)的(de)(de)(de)下(xia)(xia)降反應到(dao)FB引腳電(dian)(dian)壓(ya)(ya)上，作為對(dui)FB引腳電(dian)(dian)壓(ya)(ya)下(xia)(xia)降的(de)(de)(de)響(xiang)應，開關頻(pin)率將線(xian)性下(xia)(xia)降，以(yi)實現恒流輸出。 采用AC市電(dian)(dian)輸入(ru)時(shi)(shi)，防(fang)火、可熔、繞(rao)線(xian)式電(dian)(dian)阻RF1提供(gong)故(gu)障保護(hu)，并限(xian)制啟動期間產生的(de)(de)(de)浪涌電(dian)(dian)流。由(you)L1、C1和C2組(zu)成的(de)(de)(de)π型濾波(bo)器(qi)(qi)對(dui)整流電(dian)(dian)壓(ya)(ya)進(jin)行平滑，并衰(shuai)減差模傳(chuan)導EMI噪聲。 D5、R2、R3和C3組(zu)成RCD-R箝位電(dian)(dian)路，用于限(xian)制漏(lou)感(gan)引起的(de)(de)(de)漏(lou)極電(dian)(dian)壓(ya)(ya)尖峰。電(dian)(dian)阻R3的(de)(de)(de)值較大(da)，用于避免漏(lou)感(gan)引起的(de)(de)(de)漏(lou)極電(dian)(dian)壓(ya)(ya)波(bo)形振(zhen)蕩(dang)，這樣(yang)可防(fang)止(zhi)關斷期間的(de)(de)(de)過(guo)度振(zhen)蕩(dang)，從而降低傳(chuan)導EMI。PI的(de)(de)(de)變(bian)壓(ya)(ya)器(qi)(qi)E-shield技術(shu)將進(jin)一(yi)(yi)步(bu)降低EMI，該技術(shu)是(shi)在主繞(rao)組(zu)和磁(ci)芯之(zhi)間添(tian)加一(yi)(yi)個繞(rao)組(zu)，用來(lai)屏蔽磁(ci)芯的(de)(de)(de)電(dian)(dian)容(rong)耦合。此屏蔽繞(rao)組(zu)位于端接點(dian)(dian)4和T1的(de)(de)(de)NC之(zhi)間。 設(she)計(ji)中(zhong)可能具有最差制造容(rong)差的(de)(de)(de)元件是(shi)變(bian)壓(ya)(ya)器(qi)(qi)。

   不過(guo)，在初級勵磁電感過(guo)高(gao)或過(guo)低(di)(di)時(shi)，轉換器將通過(guo)調(diao)節(jie)振(zhen)蕩器頻率(lv)(lv)自(zi)動對此(ci)進(jin)行(xing)補(bu)償(chang)。由于(yu)這(zhe)個控(kong)制器用(yong)(yong)(yong)于(yu)在非連(lian)續導(dao)(dao)通模式下工作(zuo)，因此(ci)輸出功率(lv)(lv)與設定初級電感直接成(cheng)正比，并可(ke)通過(guo)調(diao)節(jie)開關頻率(lv)(lv)對其容差(cha)進(jin)行(xing)完全補(bu)償(chang)。 二極管D7對次級進(jin)行(xing)整流，C7用(yong)(yong)(yong)來濾(lv)波(bo)。D7使用(yong)(yong)(yong)40V肖特基勢(shi)壘二極管，以(yi)便提(ti)供更高(gao)的(de)效率(lv)(lv)。如(ru)果可(ke)以(yi)接受較(jiao)低(di)(di)的(de)效率(lv)(lv)，則可(ke)以(yi)使用(yong)(yong)(yong)1A PN結型二極管以(yi)降(jiang)低(di)(di)成(cheng)本(ben)。C6和(he)R7用(yong)(yong)(yong)來限制D7上的(de)瞬(shun)態電壓尖峰，并降(jiang)低(di)(di)傳導(dao)(dao)及輻射EMI。本(ben)設計采(cai)用(yong)(yong)(yong)了(le)很多EMI濾(lv)波(bo)和(he)屏蔽措施，能以(yi)較(jiao)大裕(yu)量輕松滿足EN55022 B級標準。 電阻R8和(he)齊納二極管VR1形成(cheng)輸出假負載，可(ke)以(yi)確保(bao)空(kong)載時(shi)的(de)輸出電壓處于(yu)可(ke)接受的(de)限制范(fan)圍內(nei)。

   集成(cheng)的齊納二極管用于限制電(dian)池(chi)自放電(dian)，但如(ru)果(guo)(guo)沒(mei)有此要(yao)求，則可(ke)省去該元件。 反(fan)饋(kui)電(dian)阻R5和R6被(bei)用來設(she)定最(zui)大工作(zuo)頻率與恒壓(ya)階段(duan)的輸出電(dian)壓(ya)。 D6、R4和C5形成(cheng)U1的可(ke)選偏置電(dian)源，這(zhe)樣可(ke)以對U1進行(xing)低(di)壓(ya)供電(dian)，從而使EPS的空載功(gong)耗(hao)達到(dao)30mW。如(ru)果(guo)(guo)省去這(zhe)些(xie)元件，U1將從高壓(ya)初級側獲取電(dian)源，此時(shi)空載功(gong)耗(hao)最(zui)高將升(sheng)至(zhi)200mW，但仍(reng)符(fu)合能源之星EPS V2.0規范。如(ru)果(guo)(guo)不要(yao)求達到(dao)超低(di)空載功(gong)耗(hao)，在可(ke)省去偏置電(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(lv)和成本方(fang)面設立新(xin)基準。