电源管理：三款手机充电器解决方案比较

中心议题：
.TH102手机充电器解决方案设计
.与两款手机充电器竞争方案的比较
解决方案：
.三种充电器均采用单端反激式变换电路
.TH102需外置高阻电阻、开关功率管
.采用光耦隔离反馈电路

概述
本文涉及TH102手机充电器解决方案设计技术细节，以及与两款手机充电器竞争方案（POWER INTEGRATIONS INC的TNY264，ST的PIVer12A）的比较。

变换电路拓扑结构
TH102、TNY264、PIVer12A手机充电器均采用单端反激式变换电路；输入整流滤波电路、输出整流滤波电路也一致。手机充电器电源输入端串联电阻（图2，R1；图3，R1；图5，RF1；图7，R1）为保险电阻；输入滤波电路采用CLC滤波电路（图2、图3中C1、L1、C2；图5中C1、L1、L2、C2；图7中C1、I1、C2；其中TNY264的L2加强了高频滤波），可以满足EMC检测；输出滤波电路也采用CLC滤波电路，保证较小的输出纹波。

图1、TH102原理框图

图2、TH102手机充电器方案一

图3、TH102手机充电器解决二

IC工艺
TH102采用双极工艺，需外置开关功率管，但成本较低廉；TNY264和PIVer12A均采用先进的700V高压MOS工艺，内置MOS开关功率管，但目前成本较高。

启动电路
TH102需外置高阻电阻（图2、图3中R2）、开关功率管（图2、图3中Q1），在TH102的控制下完成启动；TNY264和PIVer12A均采用内置可控高压电流源供给启动电流，工艺先进。

待机功耗或零负载功耗
TH102零负载功耗包括：高压启动电阻（图2、图3中R2）静态功耗，约30mW左右；开关功率管开关损耗；磁复位损耗，图2、图3采用RCD电路（图中R5、C5、D5）损耗较大，若采用齐纳二极管磁复位电路能降低损耗，但成本较高；开关变压器开关损耗；TH102工作损耗；和输出反馈损耗；按图2、图3方案，零负载功耗小于0.3W，图中D8在零负载和小负载时将增大开关周期，减小开关功率管开关损耗。

TNY264零负载功耗包括：内置MOS开关功率管开关损耗，由于MOS开关功率管开关速度比双极开关功率管快，因而开关损耗也小；磁复位损耗，图5采用齐纳二极管磁复位电路（图中D5、VR1、C3）；开关变压器开关损耗；TNY264工作损耗；和输出反馈损耗；由于TNY264每个开关周期均为最大输出周期，因而在零负载和小负载时TNY264开关周期将变得很大，因而MOS开关功率管开关损耗减小，零负载功耗会很小，但如反馈、变压器等设计不好，纹波将增加，或采用经济的RCD电路时零负载功耗显著增加。

PIVer12A零负载功耗包括：内置MOS开关功率管开关损耗；磁复位损耗，图7采用齐纳二极管磁复位电路；开关变压器开关损耗；PIVer12A工作损耗；和输出反馈损耗。

尽管TH102方案待机功耗不如TNY264和PIVer12A，但小于0.3W和低价位，具有更高的性价比。

输出电压基准和反馈
TH102采用稳压管、光耦发光管（图2中Z1、U3、RZ）为输出电压基准，RZ基于光耦发光管压降为Z1提供基电流，改变该基电流（既改变RZ）可小幅改变Z1稳压值，因此，若需较高精度输出电压可调校RZ，调校RZ可采用成批稳压管分为几档，每档稳压管对应一个RZ；或TH102采用TL431（图3中U2、R6、R7、R8、R9、R10、C9）电路为输出电压基准，基准精度较高和无需调校。TH102采用光耦隔离反馈电路（图2中Z1、U3、RZ、C4，图3中U2、R6、R7、R8、R9、R10、C9、C4）。

TNY264采用稳压管、光耦发射二极管为输出电压基准和光耦隔离反馈电路。

PIVer12A采用稳压管、光耦发射二极管为输出电压基准和光耦隔离反馈电路。其光耦隔离反馈电路原理与TH102相似。

变压器
TH102、TNY264、PIVer12A变压器设计基本相似，而且价格也相当，变压器有主绕组、参考绕组、和输出绕组，绕组之比需考虑退磁电压、TH102或TNY264或PIVer12A的工作电压、输出电压、整流二极管压降，退磁电压设计还需顾及整流二极管耐压；TH102变压器设计，输出整流二极管1N5819，EE13磁心，退磁电压75V，工作电压10V，输出电压5.5V，则绕组之比为150：22：12，主绕组4mH。
输出滤波电容和纹波电流
TH102、TNY264、PIVer12A在输出电压和输出电流相同时，按参考设计其滤波电容的纹波电流基本相同，如输出5.5V@500mA则纹波电流略小于500mA，输出一次滤波电容应选择能耐500mA的低ESR电解电容。

安全保护
TH102、TNY264、PIVer12A均有过载、短路等保护，但图5和图7还依然设有分立元件过载保护电路（图5中U2、Q1、R3、R4、R5、VR3、其中R5输出电流检测；图7中T1、R5、R6、R7、R8、C8，其中R6、R7、R8输出电流检测），原因在于按TNY264、PIVer12A内MOS开关功率管400mA的能力，不是输出电流远大于需要电流就是变压器有饱和输出隐患，而且输出电流越大其输出纹波电流也越大，滤波电容将承受更大的纹波电流，因此需额外设置电路加以保护。而TH102通过IS功率管电流输入端的电流检测电阻（图2、图3中R3）和防过载防饱和技术较严格地限制功率管和变压器电流，虽然随着输入电压和输出负载的变化，最大输出电流相对较宽，但最大输出纹波电流确比较稳定，完全可以保证手机充电器的安全；如因手机要求确需较严格的输出电流限制，可以采用图5和图7中保护电路。