你的位置:首頁(yè) > 電源管理 > 正文

一款無(wú)Y電容原邊調(diào)整的低功耗充電器設(shè)計(jì)

發(fā)布時(shí)間:2014-03-12 來(lái)源:Jacky Zhang 責(zé)任編輯:sherryyu

【導(dǎo)讀】本文介紹的是一款 5W 無(wú) Y 電容充電器設(shè)計(jì)方案,并且詳解了一種變壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),是如何在去除了 Y 電容的情況下依然能夠通過(guò) EMI 測(cè)試;同時(shí),整機(jī)待機(jī)功耗在全電壓范圍內(nèi)低于 10mW。該無(wú)Y電容原邊調(diào)整充電器設(shè)計(jì)應(yīng)用的是驅(qū)動(dòng)三極管設(shè)計(jì)的原邊調(diào)整控制器,這樣使得充電器既能低功耗,同時(shí)也具有更低成本的優(yōu)勢(shì)。

隨著智能手機(jī)以及平板電腦的普及。手機(jī)充電器的要求也越來(lái)越高。其挑戰(zhàn)主要來(lái)源于兩個(gè)方面。第一,低待機(jī)功耗。由于充電器通常都插在插座上,而且大多數(shù)時(shí)間都不在執(zhí)行充電工作。但是,它們?nèi)匀粫?huì)消耗電能,因而浪費(fèi)了能源和用戶(hù)的金錢(qián)。如何降低這些裝置的待機(jī)功耗,從而節(jié)省電能、滿(mǎn)足政府法規(guī)要求,以及為用戶(hù)節(jié)省金錢(qián),已顯然是設(shè)計(jì)工程師必須面對(duì)的問(wèn)題。IEC 五星級(jí)能耗要求空載時(shí)設(shè)備消耗的功率必須小于 30mW。第二,EMI 性能。由于充電器的體積非常小,成本控制嚴(yán)格,所以濾波器的使用受到限制,另一方面,原副邊漏電流的限制也使得越來(lái)越多的廠商采用了無(wú) Y 電容方案。這給 EMI 的設(shè)計(jì)提出了極大的挑戰(zhàn)。

本方案采用了 UCC28720 控制的 5V@1A 反激變換器,介紹了一種特殊的變壓器結(jié)構(gòu),成功去除了 Y 電容了。同時(shí)由于 UCC28720 是一款原邊反饋?zhàn)儞Q器,從而消除了光藕及副邊反饋線路,節(jié)約了成本并提高了可靠性。 UCC28720 集成了高壓?jiǎn)?dòng),調(diào)頻調(diào)幅兩種模式,使得整個(gè)變換器的待機(jī)功耗可以在全電壓范圍內(nèi)小于10mW,已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于五星級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

圖1是原理圖。

 

充電器原理圖
圖1:5W無(wú)Y電容充電器原理圖
[page]

1 、待機(jī)功耗估算

電壓調(diào)整控制模式下,控制器工作在調(diào)頻(FM)和調(diào)幅(AM)模式,如圖 2 所示。從圖中可知,待機(jī)情況下,UCC28720 支持最低開(kāi)關(guān)頻率為 680Hz;同時(shí)原邊峰值電流為滿(mǎn)載峰值電流的 1/4。所以,待機(jī)功耗可作如下估算:

由上式可得,待機(jī)功耗的大小跟變壓器電感量大小,變換器具體的峰值電流無(wú)關(guān),只與設(shè)計(jì)的最高工作頻率與芯片最低工作頻率比以及最大設(shè)計(jì)峰值電流和最小峰值電流比有關(guān)。根據(jù)芯片規(guī)格書(shū)得:

本次設(shè)計(jì)中,輸出功率為 5W,最大開(kāi)關(guān)頻率設(shè)計(jì)為 70KHz。所以,可以計(jì)算得,理論待機(jī)功耗為:

由于輸出需要加一定的假負(fù)載來(lái)保證控制輸出電壓穩(wěn)定,假負(fù)載一般在 2mW 左右,那么整機(jī)空載功耗可以在全電壓范圍內(nèi)做到 10mW 以下。

UCC28720 FM 和 AM 模式圖

圖2 :UCC28720 FM 和 AM 模式圖
[page]

2 、變壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

變壓器的電感量計(jì)算可以參考 UCC28720 的規(guī)格書(shū);這個(gè)不作詳細(xì)介紹。詳細(xì)的變壓器計(jì)算可以參考 SLUA604。這里只介紹本方案中的被證明的一種對(duì) EMC 有效的變壓器結(jié)構(gòu)。

合適的變壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)適配器的效率和 EMI 性能有很大的影響。本文提供了一種經(jīng)測(cè)試驗(yàn)證的變壓器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),從而幫助去除了 Y 電容,并且得到理想的 EMI 結(jié)果。參見(jiàn)圖 3,通過(guò)計(jì)算,使變壓器原邊恰好繞滿(mǎn)骨架兩層,然后加入一層屏蔽繞組,繞組一端接地,另一端埋在變壓器內(nèi)部。屏蔽繞組將原副邊隔離,可以有效的降低共模干擾。屏蔽繞組的外面是副邊繞組,最外層是輔助繞組,通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)木€,使得輔助繞組剛好繞滿(mǎn)一層。最后,變壓器外加銅帶做屏蔽,銅帶需與磁芯可靠接觸,然后通過(guò)導(dǎo)線接地,達(dá)到磁芯接地的目的。 使用此種結(jié)構(gòu)的變壓器,在本設(shè)計(jì)中,可以通過(guò) EMI 測(cè)試,并且有可靠的余量。

變壓器結(jié)構(gòu)圖

圖3:變壓器結(jié)構(gòu)圖

當(dāng)然,EMI 特性跟很多因素有關(guān),本設(shè)計(jì)中有效的變壓器結(jié)構(gòu)不一定適用于其它的設(shè)計(jì),但無(wú)論如何,都可以給后面的設(shè)計(jì)作一個(gè)參考和思路。
[page]

測(cè)試結(jié)果

根據(jù)以上分析和設(shè)計(jì),制作了樣機(jī)并驗(yàn)證其性能,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下。

1 、效率測(cè)試

Table 1. 115Vac 變換器效率

Table 1. 115Vac 變換器效率

Table 2. 230Vac 變換器效率

Table 2. 230Vac 變換器效率

2、 待機(jī)功耗

待機(jī)功耗

圖 4:待機(jī)功耗

圖中可以看出,變換器在全電壓范圍內(nèi),待機(jī)功耗低于 10mW。
[page]

3、 輸出 V-I 曲線

115V&230V V-I 曲線

圖 5: 115V&230V V-I 曲線

由圖 5 所示,本方案在 115Vac 輸入和 230Vac 輸入情況下,輸出電壓和輸出電流均在客戶(hù)要求的范圍之內(nèi),并且可以看到,不同輸入電壓時(shí),輸出電流的一致性非常好。

4、 EMC 測(cè)試

傳導(dǎo)測(cè)試結(jié)果

圖 6:傳導(dǎo)測(cè)試結(jié)果

結(jié)論

本文分析設(shè)計(jì)了使用 UCC28720 控制的原邊反饋反激變換器。 找到了一種合理的變壓器結(jié)構(gòu),通過(guò)了 EMI 測(cè)試,完成了無(wú) Y 電容的充電器設(shè)計(jì)。給未來(lái)的無(wú) Y 電容充電器的設(shè)計(jì)提供了一種參考和思路。同時(shí),結(jié)合 UCC28720 的特點(diǎn),使該方案在整個(gè)輸入電壓范圍內(nèi)的待機(jī)功耗低于10mW。

相關(guān)閱讀:

蘋(píng)果充電器拆解,可否辟謠充電爆炸一事?
http://m.me3buy.cn/power-art/80022199

一款高性?xún)r(jià)比能耗型鋰電池組均衡充電器設(shè)計(jì)
http://m.me3buy.cn/power-art/80021779
兩款電路設(shè)計(jì):教你用5號(hào)電池做USB手機(jī)充電器
http://m.me3buy.cn/power-art/80022234

要采購(gòu)變壓器么,點(diǎn)這里了解一下價(jià)格!
特別推薦
技術(shù)文章更多>>
技術(shù)白皮書(shū)下載更多>>
熱門(mén)搜索
?

關(guān)閉

?

關(guān)閉