一款无Y电容原边调整的低功耗充电器设计

时间：12-09 来源：互联网点击：

本文介绍的是一款 5W 无 Y 电容充电器设计方案，并且详解了一种变压器结构设计，是如何在去除了 Y 电容的情况下依然能够通过 EMI 测试；同时，整机待机功耗在全电压范围内低于 10mW。该无Y电容原边调整充电器设计应用的是驱动三极管设计的原边调整控制器，这样使得充电器既能低功耗，同时也具有更低成本的优势。

随着智能手机以及平板电脑的普及。手机充电器的要求也越来越高。其挑战主要来源于两个方面。第一，低待机功耗。由于充电器通常都插在插座上，而且大多数时间都不在执行充电工作。但是，它们仍然会消耗电能，因而浪费了能源和用户的金钱。如何降低这些装置的待机功耗，从而节省电能、满足政府法规要求，以及为用户节省金钱，已显然是设计工程师必须面对的问题。IEC 五星级能耗要求空载时设备消耗的功率必须小于 30mW。第二，EMI 性能。由于充电器的体积非常小，成本控制严格，所以滤波器的使用受到限制，另一方面，原副边漏电流的限制也使得越来越多的厂商采用了无 Y 电容方案。这给 EMI 的设计提出了极大的挑战。

本方案采用了 UCC28720 控制的 5V@1A 反激变换器，介绍了一种特殊的变压器结构，成功去除了 Y 电容了。同时由于 UCC28720 是一款原边反馈变换器，从而消除了光藕及副边反馈线路，节约了成本并提高了可靠性。 UCC28720 集成了高压启动，调频调幅两种模式，使得整个变换器的待机功耗可以在全电压范围内小于10mW，已经远远优于五星级标准。

图1是原理图。

图1：5W无Y电容充电器原理图 1 、待机功耗估算

电压调整控制模式下，控制器工作在调频（FM）和调幅（AM）模式，如图 2 所示。从图中可知，待机情况下，UCC28720 支持最低开关频率为 680Hz；同时原边峰值电流为满载峰值电流的 1/4。所以，待机功耗可作如下估算：

由上式可得，待机功耗的大小跟变压器电感量大小，变换器具体的峰值电流无关，只与设计的最高工作频率与芯片最低工作频率比以及最大设计峰值电流和最小峰值电流比有关。根据芯片规格书得：

本次设计中，输出功率为 5W，最大开关频率设计为 70KHz。所以，可以计算得，理论待机功耗为：

由于输出需要加一定的假负载来保证控制输出电压稳定，假负载一般在 2mW 左右，那么整机空载功耗可以在全电压范围内做到 10mW 以下。

图2 ：UCC28720 FM 和 AM 模式图 2 、变压器结构设计

变压器的电感量计算可以参考 UCC28720 的规格书；这个不作详细介绍。详细的变压器计算可以参考 SLUA604。这里只介绍本方案中的被证明的一种对 EMC 有效的变压器结构。

合适的变压器结构设计对适配器的效率和 EMI 性能有很大的影响。本文提供了一种经测试验证的变压器设计结构，从而帮助去除了 Y 电容，并且得到理想的 EMI 结果。参见图 3，通过计算，使变压器原边恰好绕满骨架两层，然后加入一层屏蔽绕组，绕组一端接地，另一端埋在变压器内部。屏蔽绕组将原副边隔离，可以有效的降低共模干扰。屏蔽绕组的外面是副边绕组，最外层是辅助绕组，通过选择适当的线，使得辅助绕组刚好绕满一层。最后，变压器外加铜带做屏蔽，铜带需与磁芯可靠接触，然后通过导线接地，达到磁芯接地的目的。使用此种结构的变压器，在本设计中，可以通过 EMI 测试，并且有可靠的余量。