高能效手机充电器的电源设计

　　随着媒体播放器、PDA、手机等便携式电子设备的使用量大幅增加，外部电源(EPS)或电池充电器开始占据住宅内的电源插座。EPS所消耗的电量在住宅总用电量中已占到了很大的比重。在能源消耗和电器效率倍受关注的今天，包括欧盟委员会行为准则(CoC)和美国能源之星在内的监管机构相继提高EPS或电池充电器的效率及空载功耗要求，而且此类要求将来仍有可能进一步提高。

　　全球大型手机公司甚至开始要求充电器制造商供应空载功耗为30mW的充电器。根据能源之星EPS规范2.0版的要求，目前只有1/10的充电器达到这个标准。超低空载功耗开始成为不可或缺的行业标准之一，并被视为衡量企业是否勇于承担社会责任和能否吸引有环保意识的消费者的手段之一。对于另一个关键能耗参数――工作效率，能源之星V2.0规范对1W至250W范围内的外部电源规定了相应的最低值。这些值根据额定功率值由对数公式计算得出，其中，1W电源的最低效率为62%，250W电源的最低效率则为87%，对于5V/500mA (2.5W)电源，其最低效率应达到63%。

　　电源规范的日益严格为电子产品设计师提出了新的挑战。EPS不仅必须具有最低空载功耗和很高的工作效率，它还必须能在所有元件容差范围内及整个温度范围内提供良好的负载和电压调节，并同时能满足EMI标准，能以具有竞争优势的成本进行制造。

　　Power Integrations(PI)公司的集成开关IC系列LinkSwitch-II专用于EPS/充电器应用。该器件具有恒压/恒流(CV/CC)特性，适用于电池充电和LED驱动应用。LinkSwitch-II在变压器中独一无二地采用了绕组设计，既可用于提供反馈，又可进行低压供电，从而省去了电流检测电阻以及许多其它元件，使整个EPS在空载条件下的功耗仅为30mW。

　　许多手机制造商都在努力开发空载性能高于能源之星标准的EPS，这是因为手机EPS通常每天只需1个小时为手机充电，其它23个小时仍插在插座上，一直处于空载状态。与工作时的输出功率相比，尽管空载功耗非常低，但总能耗仍非常高。利用LinkSwitch-II节省大量的能源，2.75W电源的带载效率可达74%，空载功耗始终低于30mW，因而轻松满足能源之星标准。

　　PI 2.75W充电器与能源之星EPS V2.0标准的对比。(注：输入电压交流230V，带载占空比/空载占空比为1小时/23小时)。

　　表1将PI的2.75W电源设计的性能与刚刚达到能源之星V2.0标准的电源进行了对比，从中可看出在PI 2.75W充电器每年节省的2.46 kWh电量中，有2.25 kWh来自空载功耗。图1给出了2.75W充电器电源的电路图。

2.75W CV/CC通用输入充电器电源电路。

　　本电源设计的关键在于采用了LinkSwitch-II IC(U1)。该器件在一个单片IC上集成了一个700 V的功率MOSFET、新颖的开/关控制状态机、一个自偏置的高压开关电流源、频率抖动、逐周期电流限制及迟滞热关断电路。它通过在隔离式设计中省去昂贵的光耦器和次级控制电路，大大简化了低功率CV/CC充电器的设计。该器件采用了创新的控制技术，能够提供容差为±5%的输出电压和容差为±10%的电流调节，补偿变压器和内部参数容差随输入电压的变化。