高性價比的電源適配器AP3710及應(yīng)用電路
本文所討論的低功率電源適配器主要針對輸出功率5~15瓦的電源系統(tǒng)。主要有兩類方案,即集成PWM控制器方案和分立PWM控制器方案。
集成PWM控制器的典型應(yīng)用圖,U1采用DIP-8封裝,內(nèi)部集成了PWM控制器和功率MOSFET。變壓器輸入側(cè)電路包括:由X電容CX和共模電感L-COM組成的輸入濾波電路,由BD組成的整流橋電路,由U1組成的控制及功率電路。變壓器輸出側(cè)包括:二極管D10等組成的輸出整流濾波電流;固定電壓基準(zhǔn)U2等組成的穩(wěn)壓反饋電路。該方案由于功率器件和PWM器件集成在一個封裝內(nèi),故集成度較高,但散熱設(shè)計難。
分立PWM控制器方案,U1多采用SOIC-8或SOT23-6, 內(nèi)部只含PWM控制器, 功率器件Q1是MOSFET。其余外圍電路與集成PWM控制器方案相同。
以上兩類方案的PWM控制器部分的共性是:多內(nèi)置固定開關(guān)頻率、斜波補(bǔ)償、輕載時自動跳頻、負(fù)載短路開路保護(hù),這些都滿足了5W~15W消費(fèi)類電源系統(tǒng)的低成本、低待機(jī)能耗、高可靠性要求。以上兩種方案及其拓展成的多數(shù)應(yīng)用方案在DVD電源、電腦輔助電源、電池充電器、網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備領(lǐng)域等占有統(tǒng)治地位。
集成PWM控制方式還是分立PWM控制器,都只能與功率器件MOSFET配套使用,故成本較高;為了符合電磁兼容要求,其應(yīng)用系統(tǒng)的輸入部分還必須含有X電容和共模電感L-COM組成的輸入濾波電路,成本也高。粗略估算,PWM控制(包括功率MOSFET)及輸入濾波電路的成本是整個系統(tǒng)元件成本的35%,這些都不符合消費(fèi)類電子低成本的趨勢要求。
因此,從PWM控制器的設(shè)計概念上尋求突破,同時最大程度地提高集成度,才能有效減少外圍元件數(shù),從而最終降低系統(tǒng)成本,這正是新推出的PWM控制器AP3710的方案設(shè)計思路。
AP3710是一款射極驅(qū)動模式的PWM控制器芯片,啟動時首先從驅(qū)動端OUT獲得初始電流,供電源端VCC,系統(tǒng)開始工作。系統(tǒng)正常工作時,從變壓器的輔助繞組獲得足夠的能量維持VCC電壓。UVLO比較器確保了AP3710在一定的開啟電壓和關(guān)斷電壓區(qū)間內(nèi)可靠運(yùn)行。內(nèi)置振蕩器的頻率固定,但開關(guān)頻率在一定范圍抖動,改善了系統(tǒng)EMI。斜波補(bǔ)償功能提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。短路保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)方式是:當(dāng)系統(tǒng)輸出短路時,VCC端必將跌落至關(guān)斷其門檻以下,此時芯片并不立即從啟動,而是從通過放電模塊將VA端的電位拉低,使AP3710的VCC端得不到能量供應(yīng),從而有效降低了系統(tǒng)短路時的輸入功率。
AP3710的電源適配器方案
AP3710的適配器方案。AP3710(U1)的脈沖輸出腳與三極管Q1的發(fā)射極直接相連,電網(wǎng)上電后,U1的OUT腳首先從Q1的發(fā)射極獲得能量,實(shí)現(xiàn)啟動。C6、R7和C5是環(huán)路補(bǔ)償元件,再配合恒壓元件U2實(shí)現(xiàn)對負(fù)載端電壓的穩(wěn)定性調(diào)節(jié)。整體方案具有最好的性能,諸如待機(jī)功率、EMI、轉(zhuǎn)換效率、動態(tài)特性等性能達(dá)到了高性能電源適配器的指標(biāo)要求。另外,該方案的器件數(shù)量少,沒有輸入X電容及共模電感,Q1是低價格的晶體三極管,因而這是一種極高性價比的電源適配器方案。
測試結(jié)果
這里以12V/1A適配器系統(tǒng)為例,介紹主要測試結(jié)果。
(1)空載輸入功率低
輕載和空載時,控制器從正常的PWM方式自動切換到“Skip cycle”模式。在85V~264V電網(wǎng)電壓范圍內(nèi)空載輸入功率小于0.2W,滿足CEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的極限值0.3W;輸出接0.5W負(fù)載時的輸入功率小于0.9W。
(2)電源轉(zhuǎn)換效率高
CEC是美國加州制定的強(qiáng)制性電源能效標(biāo)準(zhǔn),它規(guī)定了電源平均效率必須滿足公式0.5+0.09lnPo,而平均效率是0.25Po、0.5Po、0.75Po和Po條件下的加權(quán)值。在230V電網(wǎng)電壓范圍內(nèi)平均效率大于78%,滿足CEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的72%。
(3)瞬態(tài)特性好
AP3710采用電流模式控制,瞬態(tài)響應(yīng)速度快、電壓過沖小。
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