2.75W低成本USB充電器/適配器參考設計

　　設計特色
　　
　　·采用革新性控制概念，能夠實現(xiàn)元件數(shù)量少、成本極低的解決方案
　　·初級側控制省去了次級側控制器和光耦器
　　·恒壓(CV)精度：±5%
　　·恒流(CC)精度：±10%
　　·帶遲滯恢復的過熱保護功能可確保PCB溫度在所有條件下均處于安全范圍內
　　·自動重啟動：輸出短路和開環(huán)保護

　　極高能效
　　
　　·整個負載范圍內的平均效率：74%（能源之星2.0要求為64%）
　　·空載輸入能耗：在230 VAC輸入情況下小于40 mW
輕松滿足以下標準要求：
　　·EN55022和CISPR-22 B級傳導EMI要求（EMI裕量>10 dBμV）
　　·IEC 61000-4-5 3級AC電涌和ESD承受力
　　·滿足<5 mA的電池放電要求
　　
　　工作原理

　　圖1所示為2.75 W恒壓／恒流(CV/CC)通用輸入充電器電源的電路圖，該設計采用了Power Integrations的LinkSwitch系列產品LNK613DG。這種設計非常適合手機或類似的USB充電器應用，包括手機電池充電器、USB充電器或任何有恒壓／恒流特性要求的應用。

圖 1. 2.75 W恒壓／恒流通用輸入充電器電源的電路圖

　　在本設計中，二極管D1至D4對AC輸入進行整流，電容C1和C2對DC進行濾波。L1、C1和C2組成一個π型濾波器，對差模傳導EMI噪聲進行衰減。這些與Power Integrations的變壓器E-sheild™技術相結合，使本設計能以充足的裕量輕松滿足EN55022 B級傳導EMI要求，且無需Y電容。防火、可熔、繞線式電阻RF1提供嚴重故障保護，并可限制啟動期間產生的浪涌電流。

　　圖1顯示U1通過可選偏置電源實現(xiàn)供電，這樣可以將空載功耗降低到40 mW以下。旁路電容C4的值決定電纜壓降補償?shù)臄?shù)量。1μF的值對應于對一條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。）

　　在恒壓階段，輸出電壓通過開關控制進行調節(jié)。輸出電壓通過跳過開關周期得以維持。通過調整使能與禁止周期的比例，可以維持穩(wěn)壓。這也可以使轉換器的效率在整個負載范圍內得到優(yōu)化。輕載（涓流充電）條件下，還會降低電流限流點以減小變壓器磁通密度，進而降低音頻噪音和開關損耗。隨著負載電流的增大，電流限流點也將升高，跳過的周期也越來越少。

　　當不再跳過任何開關周期時（達到最大功率點），LinkSwitch-II內的控制器將切換到恒流模式。需要進一步提高負載電流時，輸出電壓將會隨之下降。輸出電壓的下降反映在FB引腳電壓上。作為對FB引腳電壓下降的響應，開關頻率將線性下降，從而實現(xiàn)恒流輸出。

　　D5、R2、R3和C3組成RCD-R箝位電路，用于限制漏感引起的漏極電壓尖峰。電阻R3擁有相對較大的值，用于避免漏感引起的漏極電壓波形振蕩，這樣可以防止關斷期間的過度振蕩，從而降低傳導EMI。

　　二極管D7對次級進行整流，C7對其進行濾波。C6和R7可以共同限制D7上的瞬態(tài)電壓尖峰，并降低傳導及輻射EMI。電阻R8和齊納二極管VR1形成一個輸出假負載，可以確保空載時的輸出電壓處于可接受的限制范圍內，并確保充電器從AC市電斷開時電池不會完全放電。反饋電阻R5和R6設定最大工作頻率與恒壓階段的輸出電壓。

　　設計要點

　　選擇電容C7作為低ESR型電容，可以滿足輸出電壓紋波要求，而無需使用后級LC濾波器。

　　如果可以接受較低的平均效率（降低3%到4%），則用PN結型二極管來替代D7，這樣可降低成本。然后根據(jù)需要重新調節(jié)R5和R6，確保輸出電壓保持基本恒定。

　　在PCB板上，將旁路引腳電容(C4)靠近U1放置。

　　減小箝位和輸出二極管的環(huán)路面積，以降低EMI。

　　使AC輸入和開關節(jié)點保持一定距離，降低可能會繞開輸入濾波的噪聲耦合。

　　U1上高壓引腳與低壓引腳之間的爬電距離非常大，可以避免產生電弧并提高可靠性，這在非常潮濕的條件下特別重要。

　　R5和R6應使用容差為1%的電阻，這樣可以提高電壓和電流調節(jié)的準確度。

圖 2. 25 °C情況下隨輸入電壓變化的典型恒流／恒壓特性曲線

圖 3. EN55022 B標準的傳導EMI結果。測量電壓為230 VAC，輸出RTN連接到接地端

表 1. 變壓器參數(shù)。（AWG = 美國線規(guī)，TIW = 三層絕緣線，NC = 無連接）