低成本薄型电源满足超薄笔记本电脑需求

如今，市场上推出的薄型笔记本电脑种类繁多，而制造商们仍在不断探索，希望生产出更薄、更轻的产品。但当薄型笔记本配备标准的“砖块式”适配器时，却难以受到消费者的青睐。当然，尺寸小巧的薄型适配器在市面上已有销售，但它们通常需要使用较昂贵的元件和额外材料，才能设计出小巧外形并达到散热及效率要求。这些无疑将会给制造商带来巨大的成本负担，而最终又会转移到消费者身上。因此，在竞争极为激烈的笔记本市场，低成本的砖块式适配器仍是制造商们的首选，薄型适配器也只能作为外型新颖的选购件提供。薄型适配器要想成为笔记本的标准配件，则必须要克服的挑战是：其制造成本应与砖块式适配器相当，且厚度<=15mm。

设计薄型适配器并非易事，电源设计师面临着诸多个方面的难题。15mm的外部尺寸，意味着电源外壳内的净空高度要小于13.5mm。通常情况下，适配器的最高额定输出功率为65W，且电源效率必须非常高，这样才能满足能效规范并将外壳的最高温度控制在70℃到75℃的范围内。此外，要达到ENERGY STAR EPS v2.0和EC CoC的要求，65W适配器在空载条件下吸入的电流将不得超过500mW。同时，还必须满足严格的传导及辐射EMI规范要求，且制造成本必须同标准高度的适配器大体相当。表1提供了65W超薄型适配器典型的目标规范要求。

变压器是成功设计薄型适配器的关键元件。由于开关频率约为65kHz(许多适配器的典型值)，变压器需由大量初级线圈绕制而成，以防止出现磁芯饱和。使用大量线圈的缺点在于会增大变压器的尺寸。为缩小变压器尺寸，同时满足薄型适配器壳体净空高度限制的要求，设计师经常选用更为昂贵的平面磁性器件。不过，如果增大电路开关频率的话(比如，增至132kHz)，在设计变压器时可使用更少的初级线圈，并采用低成本的绕线结构技术。简单地增大频率将导致开关损耗增加，继而产生功耗，这样就更难以同时满足能效及壳体温度要求，因此，必须作出其他改变才能兼顾能效及成本目标。

Power Integrations (PI)已开发出一种创新的解决方案，可满足薄型笔记本适配器的设计需求。PI推出的TOPSwitch-HX在单个超薄器件中集成了一个控制器、MOSFET栅极驱动和系统级保护功能。TOPSwitch-HX中集成的700V功率MOSFET采用PI的专利技术构建而成，与传统分立式MOSFET相比开关损耗更低。此外，TOPSwitch-HX还采用了PI的EcoSmart技术，有助于在适配器的整个工作范围内实现最高效率。这些技术因素的结合，可使器件的开关频率达到132 kHz，同时满足能效及散热要求。这样在设计时，可以通过提高开关频率来降低一些系统元件的尺寸。这有助于设计出符合薄型适配器小体积要求的产品，同时还可降低元件成本。

在薄型电源适配器应用方面，PI已经研发出一种名为SlimCore的薄型(厚度<11.5mm)变压器骨架(见图1)，可用于标准EQ30变压器磁芯。132 kHz的开关频率要求相对较少的线圈数，因此，变压器可以采用绕线式结构，采用平面磁性器件还可节省大量成本。采用TOPSwitch-HX进行电源设计的客户可以使用PI的SlimCore技术。

图2所示为整个薄型笔记本适配器的电路图。该反激式转换器采用TOPSwitch-HX TOP261LN (U11)设计而成，它是PI推出的采用超薄eSIP“L”封装的TOP261器件。本设计采用低成本、带SlimCore骨架的绕线式变压器。电源工作频率为132kHz，这样可以使用低电容值的输出电容，进一步降低BOM成本并有助于设计出符合小体积要求的产品。

TOPSwitch-HX的控制逻辑根据来自光耦器 (U7) 的反馈电流对占空比、开关频率和MOSFET流限进行调节。TOPSwitch-HX可在四种不同开关模式下平滑切换，使转换器在不同输入电压和负载条件下均可达到最高效率。这种多模式工作加上严格的器件容差，可使平均效率超过87%，从而超出能源之星EPS v2.0及EC CoC的能效要求。在空载条件下，TOPSwitch-HX采用超低功耗多周期工作模式。在这种模式下，电路的功耗在整个工作范围内均小于300?mW，远低于500mW的空载规范。

满足传导及辐射EMI要求，是薄型适配器设计中面临的一个挑战性任务。采用抑制元件将会占用空间，而在电路中使用屏蔽技术则会大幅增加成本，也会占用宝贵的空间。TOPSwitch-HX采用PI专利的抖动技术来降低EMI，从而消弱基础开关频率对EMI的影响。

TOPSwitch-HX的器件封装还有利于提高EMI性能、散热管理以及降低整体厚度。TOPSwitch-HX IC提供多种封装形式。对于薄型电源适配器应用，超薄eSIP“L”封装是理想的选择(见图3)。该封装设计为自动装配，可平放在厚度仅1.2 mm 的