基于AP3768的高效率超低待機(jī)功耗的手機(jī)充電器

近年來，節(jié)能環(huán)保理念的深入人心，對(duì)半導(dǎo)體IC 設(shè)計(jì)和應(yīng)用也提出了更高的要求。2008 年11 月，五大手機(jī)制造商諾基亞、三星、索尼愛立信、摩托羅拉和LG 電子聯(lián)合發(fā)布了手機(jī)充電器的五星級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。新的分級(jí)制度將以零到五顆星的標(biāo)志圖案來區(qū)分待機(jī)能耗。例如，待機(jī)功耗小于或等于30mW 的手機(jī)充電器屬于最高星級(jí)，在其標(biāo)簽上印有五顆星。相反，如果待機(jī)功耗≤500 mW，則充電器標(biāo)簽上將無任何星級(jí)標(biāo)記。為適應(yīng)手機(jī)充電器的技術(shù)革新和發(fā)展，新進(jìn)半導(dǎo)體制造有限公司（簡(jiǎn)稱BCD 半導(dǎo)體）于近期推出一種新的電源控制芯片AP3768,并基于AP3768 開發(fā)出全面滿足能源之星外部電源2.0 標(biāo)準(zhǔn)和五星級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的充電器方案。

　　電源控制芯片AP3768 采用了BCD 半導(dǎo)體成熟的原邊電源控制技術(shù)(PSR)，無需光耦和副邊控制電路，實(shí)現(xiàn)高精度的輸出恒壓(CV)恒流(CC)控制。AP3768 內(nèi)置可調(diào)的輸出電纜線壓降補(bǔ)償、溫度補(bǔ)償和元器件容差補(bǔ)償技術(shù)，保證了量產(chǎn)情況下±5％的輸出電壓調(diào)整率?？蛰d時(shí)，通過降低工作頻率減少待機(jī)功耗，實(shí)現(xiàn)了230V 線電壓條件下30mW 以下的待機(jī)功耗；采用隨機(jī)頻率調(diào)制技術(shù)降低系統(tǒng)EMI，系統(tǒng)無需Y 電容。圖1 為AP3768 的管腳圖。

圖1 AP3768 的管腳圖

　　圖2a,b 分別為基于AP3768 的5V/700mA 應(yīng)用原理圖和樣機(jī)演示圖。圖2a中的R3、R4 和C4 組成啟動(dòng)電路，為AP3768 啟動(dòng)提供啟動(dòng)電流，R5、R6、R7 與電流取樣電阻R2 組成一個(gè)電阻分壓補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)線電壓補(bǔ)償，保證了輸出恒定電流（CC）精度。變壓器的輔助繞組通過R16 和R15 分壓為AP3768 提供反饋信號(hào)，實(shí)現(xiàn)輸出電壓控制。同時(shí)，還通過D3 的整流為AP3768 提供正常工作時(shí)的工作電壓。R9 為輸出電纜補(bǔ)償(cable compensation)電阻，改變R9 的阻值可以調(diào)整輸出電壓補(bǔ)償值，滿足不同線徑、長(zhǎng)度電纜線末端的電壓調(diào)整率。

圖2a AP3768 應(yīng)用原理圖

圖2b AP3768 的系統(tǒng)演示板

　　以下為該方案的測(cè)試結(jié)果，測(cè)試時(shí)在系統(tǒng)板輸出端接有長(zhǎng)度為1.8m、 AWG26的輸出線。

　　1. 待機(jī)功耗(Standby Power)

　　手機(jī)充電器五星級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為了達(dá)到節(jié)能的要求，對(duì)待機(jī)功耗有嚴(yán)格的規(guī)定，要求在輸入為230VAC 時(shí)，系統(tǒng)得到待機(jī)功耗要小于30mW。

表1 待機(jī)功耗

　　從表1 中可以看出，本方案在230V 輸入時(shí)，空載的損耗只有24.6mW，滿足了五星級(jí)要求，并且有了足夠的裕量。

　　2. 輸出電壓、電流曲線(I-V Curve)

　　系統(tǒng)的輸出電壓、電流的測(cè)試端在26AWG 輸出線末端。由于AP3768 有可調(diào)的輸出線纜壓降補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償，因此，在不同的環(huán)境溫度（-5℃至45℃），不同的輸入電壓下，系統(tǒng)都能獲得良好的輸出電壓、電流特性。

圖3 系統(tǒng)的輸出電壓、電流特性

　　AP3768 系統(tǒng)在-5℃至45℃的環(huán)境溫度，交流85V 至265V 的輸入電壓下，輸出電壓調(diào)整率可以做到±1.25%，輸出電流調(diào)整率為40mA，為批量生產(chǎn)留了足夠的裕量。系統(tǒng)恒流輸出時(shí)的電壓范圍為1V-5V，可以在很大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)恒流輸出。在系統(tǒng)輸出短路的情況下，控制芯片進(jìn)入打嗝(hiccup)模式,降低了系統(tǒng)功率，保證了系統(tǒng)的安全。

　　3. 系統(tǒng)的效率

　　2008 年10 月能源之星發(fā)布了最新的2.0 版外部電源能效標(biāo)準(zhǔn)，新的能源之星2.0 規(guī)范與任何規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)相比，提出了更嚴(yán)格的帶載效率要求。該規(guī)范規(guī)定，輸出3.5W(5V/700mA)的電源,平均效率必須達(dá)到65.5%。

　　AP3768 的工作電流只有300uA，而且在輕載時(shí)，采用了線性降低工作頻率的方式，降低了輕載時(shí)的開關(guān)損耗，因此，AP3768 的系統(tǒng)很容易滿足能源之星2.0的效率標(biāo)準(zhǔn)。圖4 為AP3768 系統(tǒng)輸出線端的效率測(cè)試結(jié)果。在AC 115V 輸入時(shí)，系統(tǒng)的平均效率為73.0%，在AC 230V 輸入時(shí)，系統(tǒng)的平均效率為71.5%，超出了能源之星外部電源2.0 的能效標(biāo)準(zhǔn)6%。

圖4 系統(tǒng)的效率

　　4. 輸出紋波

　　系統(tǒng)在最差情況（交流265V 輸入，700mA 輸出）時(shí)，系統(tǒng)輸出電壓的紋波仍小于100mV,僅為87mV。

圖5a 輸出的低頻紋波

圖5b 輸出的開關(guān)紋波

　5. EMI 測(cè)試結(jié)果

　　AP3768 中采用了隨機(jī)頻率調(diào)制技術(shù)，并且系統(tǒng)的變壓器采用了特有的線圈屏蔽繞法，省去了通常采用的銅皮屏蔽，獲得了良好的效果,也降低了變壓器成本。

圖6a 傳導(dǎo)EMI 測(cè)試結(jié)果(Line)

圖6b 傳導(dǎo)EMI 測(cè)試結(jié)果(neutral)

圖7a 輻射EMI 測(cè)試結(jié)果（Vertical）

圖7b 輻射EMI 測(cè)試結(jié)果（Horizontal）

　　基于AP3768 的手機(jī)充電器方案具有卓越的輸出電壓和輸出電流調(diào)整率，待機(jī)功耗滿足五星級(jí)要求并有足夠的量產(chǎn)裕量，平均效率超出了能源之星外部電源2.0 要求6%，輸出紋波小。同時(shí)，該方案有良好的EMI 結(jié)果，低于EN55022 標(biāo)準(zhǔn)超過6dB，總體成本低，具有很高的性價(jià)比和極強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。