圖所示為采用INN2023K集成式電源控制器的低成本、極高效率充電器的電路,可提供5 V、2 A恒壓/恒流充電。
這款單路5 V輸出充電器設(shè)計達到DoE 6級水平,符合EC CoC 5標準(實測效率84%,標準要求79%),并且空載輸入功率<10 mW。InnoSwitch-CH器件所具有高集成度可將總元件數(shù)從典型的45個以上減少到僅32個。U1內(nèi)置的次級側(cè)同步整流(SR)控制器允許將昂貴的大電流肖特基勢壘二極管替換為成本較低的MOSFET,同時還可提高效率和消除熱點。采用次級側(cè)控制后,通常與SR有關(guān)的交越導(dǎo)通問題在所有情況下都將消除。
輸入級要求采用一個小晶體管(RT1),以防止浪涌電流超過D3-D6的規(guī)格,并導(dǎo)致保險絲F1斷開。
電容C2和C4的總輸入電容足以85 VAC的滿功率輸出,轉(zhuǎn)換器能夠在下一個AC周期刷新輸入之前以最低DC電壓工作。DC電壓施加在T1的初級繞組上。InnoSwitch-CH IC中集成的MOSFET用于驅(qū)動初級繞組的另一側(cè)。
由二極管D1、電阻R1和R14以及電容C1組成的低成本RCD箝位可在MOSFET關(guān)斷的一瞬間立即控制InnoSwitch-CH IC的峰值漏極電壓。該箝位有助于耗散存儲在變壓器T1漏抗中的能量,并將U1漏極引腳的關(guān)斷電壓尖峰控制到安全值。
InnoSwitch-CH IC具有自啟動功能,當首次AC上電時,它使用內(nèi)部高壓電流源對初級旁路引腳電容(C6)進行充電。在正常工作期間,初級側(cè)控制從變壓器T1的輔助繞組獲得供電。輔助(或偏置)繞組的輸出端由二極管D2進行整流,并由電容C5進行濾波。電阻R4可以將供應(yīng)給InnoSwitch-CH IC (U1)初級旁路引腳的電流控制在接近IC供電電流的水平,用以降低空載輸入功率。
輸出穩(wěn)壓通過采用ON/OFF控制來實現(xiàn),使能開關(guān)周期的數(shù)量根據(jù)輸出負載進行調(diào)整。在重負載下,大部分開關(guān)周期都被使能;在輕載或空載下,大部分周期都被禁止或跳過。一旦周期使能后,MOSFET將保持導(dǎo)通,直到初級電流逐漸增大到特定工作狀態(tài)的器件限流點。該IC設(shè)定了四種工作狀態(tài)(限流點),以使初級電流開關(guān)模式的頻率分量保持在音頻范圍之外,直到輕載時,變壓器磁通密度以及因此產(chǎn)生的音頻噪聲都處于極低水平。
InnoSwitch-CH IC的次級側(cè)提供輸出電壓、輸出電流檢測并驅(qū)動提供同步整流的MOSFET。
變壓器的次級分別由MOSFET Q1整流和由電容C10濾波。電阻R7和C9用來控制開關(guān)瞬態(tài)時的高頻振鈴,否則會產(chǎn)生輻射EMI。Q1的柵極由InnoSwitch-CH IC內(nèi)的次級側(cè)控制器根據(jù)繞組電壓(通過電阻R5檢測)進行導(dǎo)通,并饋入IC的正激引腳。
在連續(xù)導(dǎo)通模式下,Q1就在次級側(cè)下達初級側(cè)請求的新開關(guān)周期指令之前關(guān)斷。在非連續(xù)導(dǎo)通模式下,Q1會在MOSFET的電壓降降到約-24 mV閾值[VSR(TH)]以下時關(guān)斷。
由于SR和初級MOSFET控制都位于次級側(cè),因此兩個MOSFET發(fā)生交越導(dǎo)通的任何可能性均已消除。反過來,可將Q1的導(dǎo)通時間盡量延長,以實現(xiàn)最低損耗,同時允許省去并聯(lián)肖特基二極管和/或使用較低成本的高RDS(ON)器件,以實現(xiàn)與獨立SR控制器相同的效率。
InnoSwitch-CH IC的次級側(cè)從次級繞組正向電壓或輸出電壓自行供電。連接至InnoSwitch-CH IC (U1)次級旁路引腳的電容C7可提供內(nèi)部電路去耦。
在恒流(CC)工作期間,當輸出電壓降低時,器件將直接從次級繞組自行供電。在初級側(cè)功率MOSFET導(dǎo)通期間,出現(xiàn)于次級繞組的正向電壓用于通過電阻R5和內(nèi)部穩(wěn)壓器對去耦電容C7充電。這可以使恒流輸出調(diào)節(jié)維持在2.5 V以下。在此水平之下時,電源會進入自動重啟動模式,直到輸出負載降低。
輸出電流通過一個約33 mV (ISV(TH))的閾值在ISENSE與次級接地引腳之間進行內(nèi)部檢測,用以降低損耗。一旦超過內(nèi)部電流檢測閾值,器件將調(diào)節(jié)開關(guān)脈沖數(shù)以維持固定的輸出電流。
低于恒流閾值時,器件在恒壓模式下工作。輸出電壓通過電阻分壓器R8和R9進行檢測。對輸出電壓進行調(diào)節(jié),以便在反饋引腳實現(xiàn)1.265 V的電壓。電容C15為反饋引腳提供去耦,可確保穩(wěn)定工作并防止開關(guān)噪聲耦合至IC。