高性价比的电源适配器解决方案

来源:用户上传      作者: 吕述庄　孙　健

　　摘要：简要介绍了市场上主流的低功率(5-15W)开关电源适配器方案的特点，着重描述了基于PWM控制器AP3710的电源适配器解决方案的特点与工作原理，并给出了AP3710整体方案的实际测试结果。
　　关键词：AP3710；电源；方案
　　
　　低功率电源适配器的方案
　　
　　这里所讨论的低功率电源适配器主要针对输出功率5～15W的电源系统。主要有两类方案，即集成PWM控制器方案和分立PWM控制器方案。
　　图1是集成PWM控制器的典型应用图，U1采用DIP-8封装，内部集成了PWM控制器和功率MOSFET。变压器输入侧电路包括：由X电容CX和共模电感L-COM组成的输入滤波电路，由BD组成的整流桥电路，由U1组成的控制及功率电路。变压器输出侧包括：二极管D10等组成的输出整流滤波电流；固定电压基准U2等组成的稳压反馈电路。该方案由于功率器件和PWM器件集成在一个封装内，故集成度较高，但散热设计难。
　　
　　图2是分立PWM控制器方案，U1多采用SOIC-8或SOT23-6，内部只含PWM控制器，功率器件Q1是MOSFET。其余外围电路与集成PWM控制器方案相同。
　　以上两类方案的PWM控制器部分的共性是：多内置固定开关频率、斜波补偿、轻载时自动跳频、负载短路开路保护，这些都满足了5W-15W消费类电源系统的低成本、低待机能耗、高可靠性要求。以上两种方案及其拓展成的多数应用方案在DVD电源、电脑辅助电源、电池充电器、网络通讯设备领域等占有较高地位。
　　无论是图1的集成PWM控制方式还是图2的分立PWM控制器，都只能与功率器件MoSFET配套使用，故成本较高；为了符合电磁兼容要求，其应用系统的输入部分还必须含有X电容和共模电感L-CoM组成的输入滤波电路，成本也高。粗略估算，PWM控制(包括功率MOSFET)及输入滤波电路的成本是整个系统元件成本的35％，这些都不符合消费类电子低成本的趋势要求。
　　因此，从PWM控制器的设计概念上寻求突破，同时最大程度提高集成度，有效减少外围元件数，最终降低系统成本，这正是新推出的PWM控制器AP3710的方案设计思路。
　　AP3710是一款射极驱动模式的PWM控制器芯片，启动时首先从驱动端OUT获得初始电流，供电源端VCC，系统开始工作。系统正常工作时，从变压器的辅助绕组获得足够的能量维持VCC电压。UVLO比较器确保了AP3710在一定的开启电压和关断电压区间内可靠运行。内置振荡器的频率固定，但开关频率在一定范围抖动，改善了系统EMI。斜波补偿功能提高了系统的稳定性。短路保护功能的实现方式是：当系统输出短路时，VCC端必将跌落至关断其门槛以下，此时芯片并不立即从启动，而是从通过放电模块将VA端的电位拉低，使AP3710的VCC端得不到能量供应，从而有效降低了系统短路时的输入功率。
　　
　　
　　AP3710的电源适配器方案
　　
　　图4是AP3710的适配器方案原理图。AP3710(U1)的脉冲输出脚与三极管Q1的发射极直接相连，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，再配合恒压元件U2实现对负载端电压的稳定性调节。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电源适配器的指标要求。另外，该方案的器件数量少，没有输入x电容及共模电感，Q1是低价格的晶体三极管，因而这是一种极高性价比的电源适配器方案。
　　
　　
　　测试结果
　　
　　这里以12V/1A适配器系统为例，介绍主要测试结果。
　　・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。在85V～264V电网电压范围内空载输入功率小于0.2W，满足CEC标准规定的极限值0.3W；输出接0.5W负载时的输入功率小于0.9W。
　　・电源转换效率高
　　CEC是美国加州制定的强制性电源能效标准，它规定了电源平均效率必须满足公式0.5+0.091nPo，而平均效率是0.25Po、0.5Po、0.75Po和P0条件下的加权值。在230V电网电压范围内平均效率大干78％，满足CEC标准规定的72％。
　　・瞬态特性好
　　AP3710采用电流模式控制，瞬态响应速度快、电压过冲小。图5是负载动态特性测试图，过冲电压300mV。
　　・EM1特性
　　图6和图7是传导EMI的准峰值数据，10dB以上的裕量。图8和图9是辐射EMI的水平和垂直方向的EMI数据，4米天线360度扫描，仍有10dB以上的裕量。
　　
　　可见，AP3710方案的优点无可比拟：低价格、高性能、易生产，会增强其具市场竞争力。

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