基于AP3768的高效率超低待机功耗的手机充电器
时间:09-22
来源:中华电子网
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节能环保理念的深入人心,对半导体IC 设计和应用也提出了更高的要求。2008 年11 月,五大手机制造商诺基亚、三星、索尼爱立信、摩托罗拉和LG 电子联合发布了手机充电器的五星级标准。新的分级制度将以零到五颗星的标志图案来区分待机能耗。例如,待机功耗小于或等于30mW 的手机充电器属于最高星级,在其标签上印有五颗星。相反,如果待机功耗≤500 mW,则充电器标签上将无任何星级标记。为适应手机充电器的技术革新和发展,新进半导体制造有限公司(简称BCD 半导体)于近期推出一种新的电源控制芯片AP3768,并基于AP3768 开发出全面满足能源之星外部电源2.0 标准和五星级标准的充电器方案。
电源控制芯片AP3768 采用了BCD 半导体成熟的原边电源控制技术(PSR),无需光耦和副边控制电路,实现高精度的输出恒压(CV)恒流(CC)控制。AP3768 内置可调的输出电缆线压降补偿、温度补偿和元器件容差补偿技术,保证了量产情况下±5%的输出电压调整率。空载时,通过降低工作频率减少待机功耗,实现了230V 线电压条件下30mW 以下的待机功耗;采用随机频率调制技术降低系统EMI,系统无需Y 电容。图1 为AP3768 的管脚图。
![](../img/eef-ce/ce-70825vac40gooihy.jpg)
图1 AP3768 的管脚图
图2a,b 分别为基于AP3768 的5V/700mA 应用原理图和样机演示图。图2a中的R3、R4 和C4 组成启动电路,为AP3768 启动提供启动电流,R5、R6、R7 与电流取样电阻R2 组成一个电阻分压补偿网络,实现线电压补偿,保证了输出恒定电流(CC)精度。变压器的辅助绕组通过R16 和R15 分压为AP3768 提供反馈信号,实现输出电压控制。同时,还通过D3 的整流为AP3768 提供正常工作时的工作电压。R9 为输出电缆补偿(cable compensation)电阻,改变R9 的阻值可以调整输出电压补偿值,满足不同线径、长度电缆线末端的电压调整率。
![](../img/eef-ce/ce-70827hpsg24nccdj.jpg)
图2a AP3768 应用原理图
![](../img/eef-ce/ce-70829yykso4bk3wy.jpg)
图2b AP3768 的系统演示板
以下为该方案的测试结果,测试时在系统板输出端接有长度为1.8m、 AWG26的输出线。
1. 待机功耗(Standby Power)
手机充电器五星级标准为了达到节能的要求,对待机功耗有严格的规定,要求在输入为230VAC 时,系统得到待机功耗要小于30mW。
表1 待机功耗
![](../img/eef-ce/ce-70830a2fhemxbgf1.jpg)
从表1 中可以看出,本方案在230V 输入时,空载的损耗只有24.6mW,满足了五星级要求,并且有了足够的裕量。
2. 输出电压、电流曲线(I-V Curve)
系统的输出电压、电流的测试端在26AWG 输出线末端。由于AP3768 有可调的输出线缆压降补偿和温度补偿,因此,在不同的环境温度(-5℃至45℃),不同的输入电压下,系统都能获得良好的输出电压、电流特性。
![](../img/eef-ce/ce-70831qtq00joxb2x.jpg)
图3 系统的输出电压、电流特性
AP3768 系统在-5℃至45℃的环境温度,交流85V 至265V 的输入电压下,输出电压调整率可以做到±1.25%,输出电流调整率为40mA,为批量生产留了足够的裕量。系统恒流输出时的电压范围为1V-5V,可以在很大范围内实现恒流输出。在系统输出短路的情况下,控制芯片进入打嗝(hiccup)模式,降低了系统功率,保证了系统的安全。
3. 系统的效率
2008 年10 月能源之星发布了最新的2.0 版外部电源能效标准,新的能源之星2.0 规范与任何规范或标准相比,提出了更严格的带载效率要求。该规范规定,输出3.5W(5V/700mA)的电源,平均效率必须达到65.5%。
AP3768 的工作电流只有300uA,而且在轻载时,采用了线性降低工作频率的方式,降低了轻载时的开关损耗,因此,AP3768 的系统很容易满足能源之星2.0的效率标准。图4 为AP3768 系统输出线端的效率测试结果。在AC 115V 输入时,系统的平均效率为73.0%,在AC 230V 输入时,系统的平均效率为71.5%,超出了能源之星外部电源2.0 的能效标准6%。
![](../img/eef-ce/ce-70832yjiq2txhysm.jpg)
图4 系统的效率
4. 输出纹波
系统在最差情况(交流265V 输入,700mA 输出)时,系统输出电压的纹波仍小于100mV,仅为87mV。
![](../img/eef-ce/ce-70833jtyockuhvqb.jpg)
图5a 输出的低频纹波
![](../img/eef-ce/ce-70834t4yryci0bt0.jpg)
图5b 输出的开关纹波
5. EMI 测试结果
AP3768 中采用了随机频率调制技术,并且系统的变压器采用了特有的线圈屏蔽绕法,省去了通常采用的铜皮屏蔽,获得了良好的效果,也降低了变压器成本。
![](../img/eef-ce/ce-70835mfrnkmpio25.jpg)
图6a 传导EMI 测试结果(Line)
![](../img/eef-ce/ce-708375nvnrwirb13.jpg)
图6b 传导EMI 测试结果(neutral)
![](../img/eef-ce/ce-70839nzw4if1qm5b.jpg)
图7a 辐射EMI 测试结果(Vertical)
![](../img/eef-ce/ce-70840h03105nw23b.jpg)
图7b 辐射EMI 测试结果(Horizontal)
基于AP3768 的手机充电器方案具有卓越的输出电压和输出电流调整率,待机功耗满足五星级要求并有足够的量产裕量,平均效率超出了能源之星外部电源2.0 要求6%,输出纹波小。同时,该方案有良好的EMI 结果,低于EN55022 标准超过6dB,总体成本低,具有很高的性价比和极强的市场竞争力。
电源控制芯片AP3768 采用了BCD 半导体成熟的原边电源控制技术(PSR),无需光耦和副边控制电路,实现高精度的输出恒压(CV)恒流(CC)控制。AP3768 内置可调的输出电缆线压降补偿、温度补偿和元器件容差补偿技术,保证了量产情况下±5%的输出电压调整率。空载时,通过降低工作频率减少待机功耗,实现了230V 线电压条件下30mW 以下的待机功耗;采用随机频率调制技术降低系统EMI,系统无需Y 电容。图1 为AP3768 的管脚图。
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图1 AP3768 的管脚图
图2a,b 分别为基于AP3768 的5V/700mA 应用原理图和样机演示图。图2a中的R3、R4 和C4 组成启动电路,为AP3768 启动提供启动电流,R5、R6、R7 与电流取样电阻R2 组成一个电阻分压补偿网络,实现线电压补偿,保证了输出恒定电流(CC)精度。变压器的辅助绕组通过R16 和R15 分压为AP3768 提供反馈信号,实现输出电压控制。同时,还通过D3 的整流为AP3768 提供正常工作时的工作电压。R9 为输出电缆补偿(cable compensation)电阻,改变R9 的阻值可以调整输出电压补偿值,满足不同线径、长度电缆线末端的电压调整率。
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图2a AP3768 应用原理图
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图2b AP3768 的系统演示板
以下为该方案的测试结果,测试时在系统板输出端接有长度为1.8m、 AWG26的输出线。
1. 待机功耗(Standby Power)
手机充电器五星级标准为了达到节能的要求,对待机功耗有严格的规定,要求在输入为230VAC 时,系统得到待机功耗要小于30mW。
表1 待机功耗
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从表1 中可以看出,本方案在230V 输入时,空载的损耗只有24.6mW,满足了五星级要求,并且有了足够的裕量。
2. 输出电压、电流曲线(I-V Curve)
系统的输出电压、电流的测试端在26AWG 输出线末端。由于AP3768 有可调的输出线缆压降补偿和温度补偿,因此,在不同的环境温度(-5℃至45℃),不同的输入电压下,系统都能获得良好的输出电压、电流特性。
![](../img/eef-ce/ce-70831qtq00joxb2x.jpg)
图3 系统的输出电压、电流特性
AP3768 系统在-5℃至45℃的环境温度,交流85V 至265V 的输入电压下,输出电压调整率可以做到±1.25%,输出电流调整率为40mA,为批量生产留了足够的裕量。系统恒流输出时的电压范围为1V-5V,可以在很大范围内实现恒流输出。在系统输出短路的情况下,控制芯片进入打嗝(hiccup)模式,降低了系统功率,保证了系统的安全。
3. 系统的效率
2008 年10 月能源之星发布了最新的2.0 版外部电源能效标准,新的能源之星2.0 规范与任何规范或标准相比,提出了更严格的带载效率要求。该规范规定,输出3.5W(5V/700mA)的电源,平均效率必须达到65.5%。
AP3768 的工作电流只有300uA,而且在轻载时,采用了线性降低工作频率的方式,降低了轻载时的开关损耗,因此,AP3768 的系统很容易满足能源之星2.0的效率标准。图4 为AP3768 系统输出线端的效率测试结果。在AC 115V 输入时,系统的平均效率为73.0%,在AC 230V 输入时,系统的平均效率为71.5%,超出了能源之星外部电源2.0 的能效标准6%。
![](../img/eef-ce/ce-70832yjiq2txhysm.jpg)
图4 系统的效率
4. 输出纹波
系统在最差情况(交流265V 输入,700mA 输出)时,系统输出电压的纹波仍小于100mV,仅为87mV。
![](../img/eef-ce/ce-70833jtyockuhvqb.jpg)
图5a 输出的低频纹波
![](../img/eef-ce/ce-70834t4yryci0bt0.jpg)
图5b 输出的开关纹波
5. EMI 测试结果
AP3768 中采用了随机频率调制技术,并且系统的变压器采用了特有的线圈屏蔽绕法,省去了通常采用的铜皮屏蔽,获得了良好的效果,也降低了变压器成本。
![](../img/eef-ce/ce-70835mfrnkmpio25.jpg)
图6a 传导EMI 测试结果(Line)
![](../img/eef-ce/ce-708375nvnrwirb13.jpg)
图6b 传导EMI 测试结果(neutral)
![](../img/eef-ce/ce-70839nzw4if1qm5b.jpg)
图7a 辐射EMI 测试结果(Vertical)
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图7b 辐射EMI 测试结果(Horizontal)
基于AP3768 的手机充电器方案具有卓越的输出电压和输出电流调整率,待机功耗满足五星级要求并有足够的量产裕量,平均效率超出了能源之星外部电源2.0 要求6%,输出纹波小。同时,该方案有良好的EMI 结果,低于EN55022 标准超过6dB,总体成本低,具有很高的性价比和极强的市场竞争力。
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