基于AP3768的高效率超低待机功耗的手机充电器解决方案

近年来，节能环保理念的深入人心，对半导体IC 设计和应用也提出了更高的要求。2008 年11 月，五大手机制造商诺基亚、三星、索尼爱立信、摩托罗拉和LG 电子联合发布了手机充电器的五星级标准。新的分级制度将以零到五颗星的标志图案来区分待机能耗。例如，待机功耗小于或等于30mW 的手机充电器属于最高星级，在其标签上印有五颗星。相反，如果待机功耗≤500 mW，则充电器标签上将无任何星级标记。为适应手机充电器的技术革新和发展，新进半导体制造有限公司（简称BCD 半导体）于近期推出一种新的电源控制芯片AP3768,并基于AP3768 开发出全面满足能源之星外部电源2.0 标准和五星级标准的充电器方案。
   
   　　电源控制芯片AP3768 采用了BCD 半导体成熟的原边电源控制技术(PSR)，无需光耦和副边控制电路，实现高精度的输出恒压(CV)恒流(CC)控制。AP3768 内置可调的输出电缆线压降补偿、温度补偿和元器件容差补偿技术，保证了量产情况下±5％的输出电压调整率。空载时，通过降低工作频率减少待机功耗，实现了230V 线电压条件下30mW 以下的待机功耗；采用随机频率调制技术降低系统EMI，系统无需Y 电容。图1 为AP3768 的管脚图。
   
   图1 AP3768 的管脚图
   
   　　图2a,b 分别为基于AP3768 的5V/700mA 应用原理图和样机演示图。图2a中的R3、R4 和C4 组成启动电路，为AP3768 启动提供启动电流，R5、R6、R7 与电流取样电阻R2 组成一个电阻分压补偿网络，实现线电压补偿，保证了输出恒定电流（CC）精度。变压器的辅助绕组通过R16 和R15 分压为AP3768 提供反馈信号，实现输出电压控制。同时，还通过D3 的整流为AP3768 提供正常工作时的工作电压。R9 为输出电缆补偿(cable compensation)电阻，改变R9 的阻值可以调整输出电压补偿值，满足不同线径、长度电缆线末端的电压调整率。
   
   
   图2a AP3768 应用原理图
   
   
   
     　以下为该方案的测试结果，测试时在系统板输出端接有长度为1.8m、 AWG26的输出线。
   
   　　1. 待机功耗(Standby Power)
   
   　　手机充电器五星级标准为了达到节能的要求，对待机功耗有严格的规定，要求在输入为230VAC 时，系统得到待机功耗要小于30mW。
   
   表1 待机功耗
   
   
   　　从表1 中可以看出，本方案在230V 输入时，空载的损耗只有24.6mW，满足了五星级要求，并且有了足够的裕量。
   
   　　2. 输出电压、电流曲线(I-V Curve)
   
   　　系统的输出电压、电流的测试端在26AWG 输出线末端。由于AP3768 有可调的输出线缆压降补偿和温度补偿，因此，在不同的环境温度（-5℃至45℃），不同的输入电压下，系统都能获得良好的输出电压、电流特性。
   
   
   图3 系统的输出电压、电流特性
   
   　　AP3768 系统在-5℃至45℃的环境温度，交流85V 至265V 的输入电压下，输出电压调整率可以做到±1.25%，输出电流调整率为40mA，为批量生产留了足够的裕量。系统恒流输出时的电压范围为1V-5V，可以在很大范围内实现恒流输出。在系统输出短路的情况下，控制芯片进入打嗝(hiccup)模式,降低了系统功率，保证了系统的安全。
   
   　　3. 系统的效率
   
   　　2008 年10 月能源之星发布了最新的2.0 版外部电源能效标准，新的能源之星2.0 规范与任何规范或标准相比，提出了更严格的带载效率要求。该规范规定，输出3.5W(5V/700mA)的电源,平均效率必须达到65.5%。
   　　AP3768 的工作电流只有300uA，而且在轻载时，采用了线性降低工作频率的方式，降低了轻载时的开关损耗，因此，AP3768 的系统很容易满足能源之星2.0的效率标准。图4 为AP3768 系统输出线端的效率测试结果。在AC 115V 输入时，系统的平均效率为73.0%，在AC 230V 输入时，系统的平均效率为71.5%，超出了能源之星外部电源2.0 的能效标准6%。
   
   
   图4 系统的效率
   　　4. 输出纹波
   
   　　系统在最差情况（交流265V 输入，700mA 输出）时，系统输出电压的纹波仍小于100mV,仅为87mV。
   
           
                   图5a 输出的低频纹波                         图5b 输出的开关纹波
     
     　5. EMI 测试结果
   
   　　AP3768 中采用了随机频率调制技术，并且系统的变压器采用了特有的线圈屏蔽绕法，省去了通常采用的铜皮屏蔽，获得了良好的效果,也降低了变压器成本。
      
                   图6a 传导EMI 测试结果(Line)               图6b 传导EMI 测试结果(neutral)
           
               图7a 辐射EMI 测试结果（Vertical）    图7b 辐射EMI 测试结果（Horizontal）
   
   　　基于AP3768 的手机充电器方案具有卓越的输出电压和输出电流调整率，待机功耗满足五星级要求并有足够的量产裕量，平均效率超出了能源之星外部电源2.0 要求6%，输出纹波小。同时，该方案有良好的EMI 结果，低于EN55022 标准超过6dB，总体成本低，具有很高的性价比和极强的市场竞争力。