關(guān)鍵詞： AC , USB , 充電 , 適配器

作者：Adnaan Lokhandwala，德州儀器 (TI) 產(chǎn)品經(jīng)理

通用串行總線（USB）充電已經(jīng)成為小型電子產(chǎn)品的一種常見供電方法。許多新型消費(fèi)類電子設(shè)備（例如：智能手機(jī)、平板電腦、電子閱讀器等）的AC電源適配器/電池充電器的功率范圍均為5到25W，并且都有一個(gè)USB標(biāo)準(zhǔn)A接口。5V適配器輸出電壓已經(jīng)成為兼容PC/桌面端口充電和通信的首選。目前主流的連接方法是使用一條標(biāo)準(zhǔn)（mini或者M(jìn)icro-B）USB線，而大多數(shù)情況下使用的卻是非標(biāo)準(zhǔn)型連接器。隨著人們對(duì)電池充電問(wèn)題關(guān)注度的提高，老式的“塊兒磚式適配器”正變身為一種外形“酷”、重量輕、設(shè)計(jì)時(shí)尚并且安全綠色的充電器。除滿足標(biāo)準(zhǔn)調(diào)節(jié)要求外，原始設(shè)備制造商還在不斷打破適配器效率和空載功耗（待機(jī)功耗）方面的性能局限性。例如，各大主要移動(dòng)電話充電器制造商已經(jīng)一致推行五星（空載功耗小于30 mW）充電器功耗評(píng)級(jí)制度。這讓廣大消費(fèi)者可以更加容易地比較和選擇那些能效高的充電器。

最近，人們?cè)诩ち矣懻撊绾螛?biāo)準(zhǔn)化移動(dòng)電話輸入，以及如何生產(chǎn)出一種能為所有手機(jī)充電的通用充電器。2006年，中國(guó)發(fā)布了一項(xiàng)新規(guī)定，旨在標(biāo)準(zhǔn)化墻上充電器及其連接線。無(wú)獨(dú)有偶，現(xiàn)在GSM協(xié)會(huì)（GSMA）也正領(lǐng)導(dǎo)制定“通用充電解決方案”適配器計(jì)劃，其目標(biāo)是用micro USB接口移動(dòng)電話供電。普通充電器要求提供5V±5%的電壓，最小電流為850 mA，空載功耗小于150 mW。另外，它還必須符合USB設(shè)計(jì)論壇（USB-IF）電池充電規(guī)范1.1（BC1.1）。*除便于消費(fèi)者使用以外，標(biāo)準(zhǔn)化充電器還可減少大量的多余充電器。另外，帶有多個(gè)USB插孔的AC適配器，讓消費(fèi)者可以在無(wú)需使用眾多專用充電器的情況下方便地為多種電子設(shè)備充電。一些高輸出電流充電器還允許進(jìn)行快速電池充電。相比限制電流500mA的標(biāo)準(zhǔn)USB 2.0端口，這是一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)。人們對(duì)于這些改進(jìn)性能的需求日益增加，同時(shí)適配器設(shè)計(jì)也越來(lái)越小型化，這些都讓這種“黑匣子”中的熱管理成為擺在廣大電源設(shè)計(jì)者面前的一道巨大難題。

電源架構(gòu)

考慮到功耗大小問(wèn)題，圖1所示反向拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)因其簡(jiǎn)單性和低成本成為我們的首選。二次側(cè)肖特基二極管整流器（圖1a）的傳導(dǎo)損耗，成為實(shí)現(xiàn)高效率、緊湊型適配設(shè)計(jì)的一個(gè)限制因素。例如，在一個(gè)典型5-V/3-A適配器中，滿負(fù)載條件下二極管整流器本身的功率損耗便可達(dá)到總系統(tǒng)損耗的30%到40%（忽略二次損耗對(duì)高一次側(cè)損耗的綜合影響）。為輸出（圖1b）安裝一個(gè)同步整流器（SR），可以提高轉(zhuǎn)換器的總效率，并且由于產(chǎn)生的熱量更少（適配器設(shè)計(jì)中至關(guān)重要），因此系統(tǒng)熱管理更加容易。

圖 1 簡(jiǎn)化反向拓?fù)?br />

2012-8-2 15:40:53 上傳

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*USB-IF BC1.2將充電電流范圍從1.5A擴(kuò)展至5A。

給經(jīng)典反向拓?fù)湓黾右粋€(gè)SR并不復(fù)雜，但卻可以大大降低總系統(tǒng)功耗。這種方法可有效改變功耗電平，功耗隨著MOSFET技術(shù)的快速發(fā)展而不斷降低。因此，同步整流現(xiàn)在適用于種類繁多的各種產(chǎn)品。SR的低功耗特性讓設(shè)計(jì)人員可以使用一些體積更小的組件。這些組件擁有更少的散熱組件，從而實(shí)現(xiàn)降低組裝成本、產(chǎn)品尺寸和包裝重量的同時(shí)提高功率密度。

請(qǐng)注意，如果允許SR MOSFET在空載/待機(jī)狀態(tài)下開關(guān)，系統(tǒng)功耗性能可能會(huì)降低。除SR控制器IC所要求的靜態(tài)功耗以外，SR-MOSFET開關(guān)功耗會(huì)成為實(shí)現(xiàn)最佳可行系統(tǒng)空載性能的限制因素。

綠色輸出整流：滿負(fù)載到空載

本文現(xiàn)在將為您介紹如 TI UCC24610TM綠色整流器控制器等IC如何簡(jiǎn)化USB充電器設(shè)計(jì)，以及如何實(shí)現(xiàn)滿負(fù)載范圍的高系統(tǒng)效率。圖2顯示了有和沒有同步整流的一個(gè)反向轉(zhuǎn)換器的簡(jiǎn)化系統(tǒng)波形。這些波形是某個(gè)控制方案所產(chǎn)生的結(jié)果，其直接檢測(cè)MOSFET漏極到源極電壓（VDS）。相比其他實(shí)現(xiàn)方法，例如：一次側(cè)同步或者使用二次側(cè)電流變壓器實(shí)現(xiàn)的同步控制，這種控制方法在今天獲得了廣泛的使用。這種控制方案中，需讓SR控制器的關(guān)閉閾值盡可能地接近零，從而實(shí)現(xiàn)MOSFET通道的最大傳導(dǎo)時(shí)間。

圖 2 使用肖特基二極管和SR-MOSFET輸出整流的簡(jiǎn)化反向波形

2012-8-2 15:40:00 上傳

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