PowerLab 筆記：AC/DC 電話及平板電腦充電器

很明顯，智能手機(jī)與平板電腦時代已經(jīng)改變了每個人的生活。然而電源設(shè)計人員可能是唯一注意到這些產(chǎn)品制造商還掀起了 AC/DC 適配器革命的人。畢竟沒有人愿意把自己的小型智能手機(jī)插在碩大的電源上

還記得十年前這些龐大的“墻插式電源”嗎？

除外形小巧外，充電器還必須盡量低成本、高效率。

就在幾年以前，有人曾邀請我為一家大型售后配件制造商設(shè)計一款 5W 智能手機(jī)充電器。我嘗試采用一款我們行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的低成本固定頻率控制器來設(shè)計該充電器，但未能成功。尺寸要求結(jié)果只是我所面臨的難題之一。滿負(fù)載及空載條件下的功耗與整體解決方案成本需要一款新型控制器。在最初有人這樣要求之后，其它類似的商機(jī)也開始有規(guī)律地涌現(xiàn)。經(jīng)過幾次不成功的嘗試后，我就放棄了。

幸運的是 2012 年德州儀器 (TI) 推出了UCC28700/UCC28710系列反激式控制器。最后，我有了設(shè)計 AC/DC 充電器所需的工具，設(shè)計出的充電器在尺寸、效率及成本上都可媲美或超越現(xiàn)有充電器。采用專門為自己的應(yīng)用構(gòu)建的控制器，可大幅簡化電源設(shè)計。

Brian 演示 UCC28700 5W 適配器參考設(shè)計

該全新系列部件具有我非常需要的特性，包括：

• 支持更高效率的準(zhǔn)諧振控制；
• 猝發(fā)模式工作；
• 可最大限度降低空載功耗的低啟動電流；
• 一次側(cè)調(diào)節(jié)無需光耦合器，可降低成本、縮小尺寸。

該適配器的設(shè)計并非看上去那么復(fù)雜。由于控制電池充電的器件實際所處的位置在電話或平板電腦內(nèi)部，因此“充電器”一詞可能有點用詞不當(dāng)。AC/DC 充電器實際上就是把 5 伏電壓提供給 USB 端口的電源。

訣竅就是把它做小。我花了大量設(shè)計時間在互聯(lián)網(wǎng)上“購買”尺寸盡量小而且又能滿足所有設(shè)計需求的輸入電容器、FET 及輸出電容器。

最大限度提高效率不僅對滿足最新效率標(biāo)準(zhǔn)要求很重要，而且也對最大限度縮小尺寸很重要。如果把 2.7W 的耗散放在 1 英寸的立方體內(nèi)，外部環(huán)境溫度就會提升 35 攝氏度。如果電源耗散超過該水平，就需要增大產(chǎn)品尺寸。這就解釋了準(zhǔn)諧振控制是一項重要特性的原因。

認(rèn)真選擇沒有太大損耗的低價格FET非常關(guān)鍵。例如在PMP8363中，我從一個分銷商網(wǎng)站上選擇了標(biāo)價 0.21 美元的 3.5 歐姆 FET。這是個很不錯的起價，大批量客戶通過直接購買應(yīng)該還能夠獲得更低的價格。更不錯的是這種 FET 在最大負(fù)載條件下，耗散不足 0.25W。

PMP8363的效率圖

以上效率圖說明即便在5V輸出電壓下，準(zhǔn)諧振控制也能實現(xiàn)超過80%的效率

下面是我和我的同事在PowerLab上發(fā)表的幾項智能手機(jī)及平板電腦充電器參考設(shè)計：

• PMP8363— 10W 方型平板電腦充電器；
• PMP8286— 支持通用設(shè)備檢測功能的 10W 方型平板電腦充電器；
• PMP4351— 單片 PCB 上構(gòu)建的 10W 平板電腦充電器；
• PMP8757— 5W 方型智能手機(jī)充電器；
• PMP4335— 單片 PCB 上的 5W 智能手機(jī)充電器；
• PMP4344— 單片 PCB 上的 6W 智能手機(jī)充電器。

*注：如果您對汽車充電器有興趣，我的同事在這里發(fā)了一個關(guān)于汽車充電器設(shè)計的帖子。