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AP3700的充电器系统解决方案

发布时间:2008/5/29 0:00:00 访问次数:703

  目前,手机充电器有三类主流方案,即集成pwm控制器方案、rcc方案和分立pwm控制器方案。图1是集成pwm控制器方案的典型应用图,变压器输入侧器件数量少,线路简单;输出侧则是由运放和电压基准组成的恒压恒流控制。由于功率器件和pwm器件集成在一个封装内,故散热难、整体成本高。

图1、集成pwm控制器的典型线路

  图2是自激振荡式(rcc)充电器方案,特点是无专门的控制器来实现脉冲调制,变压器和电容电阻等元件决定了控制方式的可靠性。变压器次边线路与集成pwm控制器方案相同,故不再给出详细线路。

  rcc方案看上去最简单,但其实电性能不可靠,宽电压范围工作困难,失效率高,批量生产时的良率低。为了可靠起振,功率器件也必须选择价格较高的mosfet。rcc方案看似简单其实很麻烦。


图2、rcc充电器的典型线路

  分立pwm控制器方案也是被广泛应用于充电器中。传统的做法是分立的pwm控制器配mosfet,特点是元件选择灵活、线路多种多样,性能良好,因而被很多人采用。ap3700充电器也属于分立pwm控制器方案,但该方案采用特殊的驱动方式,目的是用普通的npn高压三极管取代了昂贵的mosfet,降低了总成本。

ap3700充电器方案描述

  ap3700采用bcd公司的cmos工艺制成,是射极驱动方式的电流型pwm控制器,驱动普通的高压npn三极管。该控制器只有三个引脚,即电源端vcc、脉冲输出端out和接地端gnd,电压反馈输入和电源端vcc合用一只引脚,提高了集成度。抖频技术降低了系统emi,使得不需要y电容仍容易满足电磁兼容要求。跳频技术又降低了空载条件下的输入功率。

  图3是ap3700的充电器方案。ap3700(u1)的脉冲输出脚直接驱动三极管q1的发射极,电网上电后,u1的out脚首先从q1的发射极获得能量,实现启动。c6、r7和c5是环路补偿元件,再配合恒压恒流元件u2实现对负载端电压和电流的稳定性调节。整体方案具有最好的性能,诸如待机功率、emi、转换效率、动态特性等性能达到了高性能充电器的指标要求。另外,该方案的器件数量不多,三极管、电容电阻等价格便宜,因而这是一种较佳性价比的充电器方案。


表1、ap3700充电器方案的核心器件列表

图3、ap3700充电器方的原理图、pcb演示板和实物图

测试结果

  这里以5v/1a充电器系统为例,介绍主要测试结果。

(1)空载输入功率低

  轻载和空载时,控制器从正常的pwm方式自动切换到“skip cycle”模式,见图4。在230v电网电压范围内空载输入功率小于0.15w,满足cec标准规定的极限值0.3w,见图5。


图4、空载/230vac时的pwm波形


图5、空载时的输入功率与线性电压

(2)电源转换效率高

  电源能效标准很多很乱,非强制性的主要有美国的“能源之星”和欧洲的“蓝色天使”标准;更为苛刻的则是美国加州制定的强制性标准—cec标准。它规定了电源平均效率必须满足公式0.5+0.09lnpo,而平均效率是0.25po、0.5po、0.75po和po条件下的加权值。越来越多的制造商都采纳cec标准,提升产品的档次。

  ap3700的启动电流和工作电流均很低,分别是0.22ma和0.45ma;电源端工作电压vcc低(3.65v~5.25v),因此启动电阻损耗和控制器损耗都很低,低于0.1w。充电器输出端的主要损耗是限流电阻r14产生的,电流采样端电压vsense固定为0.2v,输出1a负载电流时损耗为0.2w。ap3700的系统方案很容易满足cec标准,测试结果见图6。

(3)充电特性理想

  图7给出了充电特性曲线,优点突出:(3.1) 满载-空载的负载调整率好,~0.5%; (3.2) 短路电流小,最大电流就是恒流充电电流;(3.3) 恒流范围宽,1.5v~5.05v。


图7、ap3700的充

  目前,手机充电器有三类主流方案,即集成pwm控制器方案、rcc方案和分立pwm控制器方案。图1是集成pwm控制器方案的典型应用图,变压器输入侧器件数量少,线路简单;输出侧则是由运放和电压基准组成的恒压恒流控制。由于功率器件和pwm器件集成在一个封装内,故散热难、整体成本高。

图1、集成pwm控制器的典型线路

  图2是自激振荡式(rcc)充电器方案,特点是无专门的控制器来实现脉冲调制,变压器和电容电阻等元件决定了控制方式的可靠性。变压器次边线路与集成pwm控制器方案相同,故不再给出详细线路。

  rcc方案看上去最简单,但其实电性能不可靠,宽电压范围工作困难,失效率高,批量生产时的良率低。为了可靠起振,功率器件也必须选择价格较高的mosfet。rcc方案看似简单其实很麻烦。


图2、rcc充电器的典型线路

  分立pwm控制器方案也是被广泛应用于充电器中。传统的做法是分立的pwm控制器配mosfet,特点是元件选择灵活、线路多种多样,性能良好,因而被很多人采用。ap3700充电器也属于分立pwm控制器方案,但该方案采用特殊的驱动方式,目的是用普通的npn高压三极管取代了昂贵的mosfet,降低了总成本。

ap3700充电器方案描述

  ap3700采用bcd公司的cmos工艺制成,是射极驱动方式的电流型pwm控制器,驱动普通的高压npn三极管。该控制器只有三个引脚,即电源端vcc、脉冲输出端out和接地端gnd,电压反馈输入和电源端vcc合用一只引脚,提高了集成度。抖频技术降低了系统emi,使得不需要y电容仍容易满足电磁兼容要求。跳频技术又降低了空载条件下的输入功率。

  图3是ap3700的充电器方案。ap3700(u1)的脉冲输出脚直接驱动三极管q1的发射极,电网上电后,u1的out脚首先从q1的发射极获得能量,实现启动。c6、r7和c5是环路补偿元件,再配合恒压恒流元件u2实现对负载端电压和电流的稳定性调节。整体方案具有最好的性能,诸如待机功率、emi、转换效率、动态特性等性能达到了高性能充电器的指标要求。另外,该方案的器件数量不多,三极管、电容电阻等价格便宜,因而这是一种较佳性价比的充电器方案。


表1、ap3700充电器方案的核心器件列表

图3、ap3700充电器方的原理图、pcb演示板和实物图

测试结果

  这里以5v/1a充电器系统为例,介绍主要测试结果。

(1)空载输入功率低

  轻载和空载时,控制器从正常的pwm方式自动切换到“skip cycle”模式,见图4。在230v电网电压范围内空载输入功率小于0.15w,满足cec标准规定的极限值0.3w,见图5。


图4、空载/230vac时的pwm波形


图5、空载时的输入功率与线性电压

(2)电源转换效率高

  电源能效标准很多很乱,非强制性的主要有美国的“能源之星”和欧洲的“蓝色天使”标准;更为苛刻的则是美国加州制定的强制性标准—cec标准。它规定了电源平均效率必须满足公式0.5+0.09lnpo,而平均效率是0.25po、0.5po、0.75po和po条件下的加权值。越来越多的制造商都采纳cec标准,提升产品的档次。

  ap3700的启动电流和工作电流均很低,分别是0.22ma和0.45ma;电源端工作电压vcc低(3.65v~5.25v),因此启动电阻损耗和控制器损耗都很低,低于0.1w。充电器输出端的主要损耗是限流电阻r14产生的,电流采样端电压vsense固定为0.2v,输出1a负载电流时损耗为0.2w。ap3700的系统方案很容易满足cec标准,测试结果见图6。

(3)充电特性理想

  图7给出了充电特性曲线,优点突出:(3.1) 满载-空载的负载调整率好,~0.5%; (3.2) 短路电流小,最大电流就是恒流充电电流;(3.3) 恒流范围宽,1.5v~5.05v。


图7、ap3700的充

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