移动充电器革命即将实现最小尺寸和最佳功率

寸，至关重要的环节是变压器选择。如果我们要顺应充电器尺寸不断缩小的趋势，则需要具有较高开关频率的 PWM 控制器。工作频率相对较高（例如 85 kHz）的 PWM 控制器可让您选择尺寸较小的变压器（约为控制器工作频率为 50kHz 时所需的变压器尺寸的三分之一）。目前，工作频率为 140 kHz 的 PWM 控制器已经上市，制造商能够进一步缩小变压器的尺寸。下面的图 2 显示了用于 5 W/50 kHz 充电器的变压器（左边）与用于 5 W/85 kHz 充电器的变压器（右边）的尺寸对比。

图 2： 工作频率为 50 kHz 的变压器（左边）与工作频率为 85 kHz（右边）的变压器的尺寸差别。

下一个设计考虑因素是效率。要充分发挥微型充电器的充电能力，效率显然是个关键问题，因为这直接影响发热量。AC-DC 转换导致产生一定程度的功率损耗是相当常见的情况，如果所有损耗均符合同一个比率，则增加额定功率甚至会产生更多热损耗。这意味着如果希望保持较小的充电器尺寸，同时希望将额定功率翻倍或提高更多倍，您需要做的第一件事就是提高效率。要提高效率，您必须了解产生功率损耗的所有因素。最为重要的是，充电器尺寸和系统效率必须保持平衡。如果只想缩小充电器的尺寸，并且选择了具有极高开关频率的 PWM IC，开关损耗将大幅度增加，并为设计人员带来难题。如果提高了工作频率，您将会发现：如果不为系统选择性能更高的元器件（例如具有较低 Rds(on) 的 MOSFET 和具有较低正向压降的整流器二极管等），则通常难以重获效率。简而言之，由于尺寸仍然重要，当您尝试增加额定功率时，效率便是最关键的考虑因素。对于 PWM IC 本身，为了提高效率，目前部分 PSR PWM 控制器在边界导通模式 (BCM) 下工作，以取代当前最常用的非连续导通模式 (DCM) 控制器。使用这些 BCM 控制器是我们应当考虑的一个途径。

如 USB 充电器标准所定义的，移动充电器一直实施 5 V 的充电电压。如果您想定义的是以 2 A 或 3 A 作为工作电流并面向较高额定功率的 5 V 充电器，则需要考虑的下一个主题将是动态响应。目前，大多数移动充电器采用 5 V/1 A 规格。对于 5 V/1 A 规格的充电器，为防止因漏电流突然从零负载切换到半负载或全负载而导致发生充电故障，USB 充电器标准已明确定义压降。从根本上说，如果输出电压维持在 5 V，则输出电流越大，压降的幅度也越大。原因是绝对漏电流（无论是介于零负载到半负载之间还是介于零负载到全负载之间）将变大，进而导致输出压降。从这个观点来看，传统的 PSR PWM 可能难以实施，制造商可以改用 SSR PWM，因为后者具有出色的性能。 

如果充电器从 5 V/1 A 转变为 5 V/2 A 或 5 V/3 A，USB 电缆上的功率损耗只会让压降变得更严重。如果希望将输出电压保持在 5 V，则需要认真考虑电缆上的压降，并谨记有些电缆可能未通过 USB 认证。选择具有较低损耗水平的特定输出线可能是一个解决方案。另外应清楚：如果输出线连接到与 5 V/1 A 版本相同的 5 V/2 A 或 5 V/3 A 充电器，输出压降会延长充电时间。这将稍微抵销增加额定功率带来的益处。

最后一个考虑因素是待机功耗。长久以来，零负载下 30 mW 的待机功率一直被视为移动充电器约定俗成的标准，即使在需要更高额定功率的时候，制造商也必须坚持 30 mW 的标准。虽然输出功率已翻倍甚至增至三倍，但业内部分制造商希望待机功率下降至 10 mW 或甚至接近 0 mW。要设计具有极低待机功率的充电器，最通用的解决方案是尝试使用外部电路或附加设备来使外部电路断路或强制 IC 本身进入睡眠模式，但这些方法同时也会提高设计的复杂度，增加元器件数量和电路板尺寸。对于充电器应用，我们建议选择具备创新的绿色模式或突发模式控制功能的 PWM 控制器。这有助于设计具有较小电路板尺寸和较低 BOM 成本的低待机功耗解决方案。

现在，电源行业将经历一场革命，以便满足便携式设备对更长电池循环时间和更大充电能力的需求。制造商的任务是在安全级别更高且待机功率更低的条件下充分发挥微型充电器的充电能力，而这场革命正是由这项挑战推动的。如果您同意高度紧凑和高额定功率的充电器是目前的行业趋势，可以从以下网站查找参考资料：www.fairchildsemi.com。这些参考资料有助于实现您的充电器设计。