AP3765在超低待機(jī)功耗充電器方案上的應(yīng)用

目前，世界各地的政府機(jī)構(gòu)、環(huán)保組織，產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟都在積極地從市場(chǎng)準(zhǔn)入、消費(fèi)行為引導(dǎo)等各個(gè)環(huán)節(jié)推動(dòng)著高效低耗的新型電源技術(shù)的發(fā)展。其中消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品的AC-DC適配器、充電器的待機(jī)或空載功耗問(wèn)題受到越來(lái)越多的關(guān)注。由此也產(chǎn)生了許多新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前業(yè)已頒布實(shí)施的，適用于不同行業(yè)與地區(qū)的這類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)有近20種之多。例如，美國(guó)的“能源之星”（Energy star）、中國(guó)的“泰爾認(rèn)證”以及一些大的手機(jī)廠商提出的充電器星級(jí)標(biāo)志等等。這些標(biāo)準(zhǔn)大多對(duì)空載損耗和工作效率作出了明確嚴(yán)格的要求。當(dāng)產(chǎn)品與標(biāo)準(zhǔn)相符時(shí)，生產(chǎn)廠商可以在其產(chǎn)品上加貼相關(guān)標(biāo)識(shí)，如“Energy star”，“TLC”，5星級(jí)等等。不僅直觀地展示了該產(chǎn)品的技術(shù)特點(diǎn)，而且有效地引導(dǎo)著影響消費(fèi)者的購(gòu)買(mǎi)行為。

   當(dāng)前，這些標(biāo)準(zhǔn)正逐漸地被世界各地的消費(fèi)者所理解與認(rèn)同，于此同時(shí)越來(lái)越多的行業(yè)管理機(jī)構(gòu)也開(kāi)始參考引用這些標(biāo)準(zhǔn)來(lái)制定相關(guān)的行業(yè)或區(qū)域的強(qiáng)制性技術(shù)規(guī)范。這不僅是從技術(shù)上的革新與挑戰(zhàn)，也大大地提高了市場(chǎng)準(zhǔn)入的門(mén)檻。因此有越來(lái)越多終端廠商和相關(guān)上下游配套供應(yīng)商開(kāi)始大規(guī)模采用新方法、新技術(shù)、新材料以應(yīng)對(duì)對(duì)新標(biāo)準(zhǔn)提出的挑戰(zhàn)。BCD作為電源管理集成電路的專業(yè)設(shè)計(jì)制造商適時(shí)地推出了AP376X系列原邊PFM開(kāi)關(guān)電源控制器，幫助電源工程師輕松應(yīng)對(duì)新標(biāo)準(zhǔn)，新挑戰(zhàn)。

   本文介紹的這款充電器，就是使用BCD的AP3765來(lái)實(shí)現(xiàn)的超低待機(jī)功耗以及高效率的設(shè)計(jì)。AP3765是BCD最新的PFM模式的開(kāi)關(guān)電源原邊控制器——AP376X系列中的一種。它延續(xù)了BCD最擅長(zhǎng)的原邊控制模式，在確保整體設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔可靠的同時(shí)，具有“零”電流啟動(dòng)和低工作電流的特性。也正是“零”電流啟動(dòng)和低工作電流特性使得采用AP3765設(shè)計(jì)的充電器可以滿足目前五星級(jí)充電器的待機(jī)30mW的要求以及能源之星最新的標(biāo)準(zhǔn)。

   AP3765還具備系統(tǒng)開(kāi)環(huán)保護(hù)，短路保護(hù)，軟啟動(dòng)以及頻率抖動(dòng)等非常實(shí)用的功能。這些特點(diǎn)使得AP3765在小功率充電器，適配器，LED照明等應(yīng)用領(lǐng)域具有顯著的優(yōu)勢(shì)。該電路是一個(gè)典型IC控制的反激電源。整個(gè)系統(tǒng)的工作模式由IC-AP3765控制，整個(gè)全電壓負(fù)載段處于DCM。其中線路中可以分為輸入部分，啟動(dòng)部分，反饋（電流電壓）部分，功率轉(zhuǎn)換部分和輸出整流部分。輸入部分由整流D1-D4，以及EC1、EC2、L1、L2組成。輸入采用 “∏”型濾波線路，可以有效衰減差模噪聲干擾。R1、R6、EC5、D6、R18組成了系統(tǒng)的啟動(dòng)和供電線路，也是調(diào)整待機(jī)功耗的一個(gè)重點(diǎn)區(qū)域。一般選擇4M—20M啟動(dòng)電阻，搭配2.2uF—10uF的啟動(dòng)電容。R8、R9、R10為電壓反饋線路，其中FB腳的基準(zhǔn)電壓為4V。R2、R4、R11組成電流檢測(cè)環(huán)路，電流檢測(cè)電壓為500mV。那么我們可以通過(guò)下面的計(jì)算公式得到輸出電壓，以及輸出的電流。首先定義原邊繞組與輸出繞組的比為N1，輸出繞組與反饋繞組的匝比為N2，輸出電壓為Vo，輸出電流為Io，原邊峰值電流Ipk。圖2為AP3765制作5V700mA充電器的電壓電流特性。

   功率轉(zhuǎn)換部分則是由AP3765驅(qū)動(dòng)的三極管Q1，T1等組成。Q1導(dǎo)通時(shí)，IC驅(qū)動(dòng)為高電平，能量存儲(chǔ)到變壓器T1，并且檢測(cè)原邊電流。Q1關(guān)斷時(shí)，IC驅(qū)動(dòng)為低電平，能量通過(guò)變壓器T1釋放到后端，并且檢測(cè)原邊反饋電壓。輸出部分則由D8、C5、R14、EC3、R13組成。通過(guò)對(duì)各個(gè)組成的部分簡(jiǎn)要說(shuō)明，可以看出使用AP3765進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單，即便是對(duì)于初學(xué)者也能比較容易地完成。

   我們重點(diǎn)來(lái)說(shuō)明降低待機(jī)功耗的方法，系統(tǒng)待機(jī)時(shí)的主要損耗點(diǎn)為：?jiǎn)?dòng)線路部分（R1、R6、R11）、IC（AP3765）工作和驅(qū)動(dòng)部分（Q1）、能量轉(zhuǎn)換部分T1、輸出整流部分（D8、C5、R14）、輸出假負(fù)載（R13）。其他像電容的損耗，取樣電阻的損耗還有吸收電路的損耗在大部分情況下可以忽略。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，啟動(dòng)電阻大約在20M左右，輸出的假負(fù)載使用10K（5V輸出）。IC的工作電壓大約設(shè)計(jì)在20V左右，那么在230Vac/50Hz的輸入電壓條件下，我們可以先估算一下待機(jī)損耗大約：

   從上面可以看到系統(tǒng)的固定損耗大約在14mW左右，還有三極管和輸出二極管的損耗。因?yàn)榇龣C(jī)時(shí)，IC的工作頻率是非常低的，大約只有幾十Hz，所以三極管的開(kāi)關(guān)損耗可以忽略不計(jì)，只考慮通態(tài)損耗。而輸出二極管又基本沒(méi)有電流通過(guò)，其損耗也可以忽略。

   這樣全部損耗加起來(lái)，理論上大約在17mW左右。考慮到變壓器、二極管損耗等，基本上應(yīng)該是大約20mW，完全能夠控制在充電器要求的30mW以內(nèi)。使用功率計(jì)WT210實(shí)際測(cè)試的結(jié)果，大約24mW。

   以上這個(gè)案例所采用的設(shè)計(jì)思路與技巧具有一定的典型性和普遍性，適用于大部分常規(guī)應(yīng)用。但針對(duì)一些特殊應(yīng)用，就必需將電路中各個(gè)環(huán)節(jié)的損耗充分考慮，通盤(pán)折中平衡，才能達(dá)到最佳效果。例如，為了配合某一超低功耗單片機(jī)的特殊應(yīng)用，我們?cè)?jīng)設(shè)計(jì)了一款空載電流只有20A的AC-DC電源。設(shè)計(jì)時(shí)我們對(duì)可能產(chǎn)生空載損耗的各個(gè)元器件做了全面分析，逐一測(cè)試調(diào)整，最大限度地降低了空載功耗。

  “降低損耗，提高效率”是電源行業(yè)永恒的主題，也是永恒的目標(biāo)。本文以AP3765的典型電路為例，介紹了如何有效降低空載損耗的一些經(jīng)驗(yàn)與方法。不僅僅是針對(duì)AP3765的應(yīng)用，這些思路，這些方法與技巧也適用于其它小型低功耗充電器的設(shè)計(jì)。