探索EP - 54：2.75W充电器/适配器的设计与性能

在电子设备飞速发展的今天，充电器和适配器作为不可或缺的配件，其性能和成本一直是工程师们关注的焦点。今天，我们就来深入探讨一款名为EP - 54的2.75W充电器/适配器，它采用了LinkSwitch LNK520P，为低成本充电器/适配器市场带来了新的解决方案。

文件下载：DAK-54.pdf

一、设计概述

EP - 54充电器/适配器旨在提供5.5V、500mA的输出，输入电压范围为85 - 265VAC，适用于低成本充电器/适配器应用。它采用了LinkSwitch LNK520P器件，该器件集成了700V MOSFET、PWM控制器、启动、热关断和故障保护电路，优化了偏置绕组反馈，相比LNK500，其优化的开关特性和低侧配置提供了更好的EMI性能。

二、电源规格

输入参数

• 输入电压：85 - 265VAC，2线无保护接地。
• 频率：47 - 64Hz，常见的50/60Hz也适用。
• 空载输入功率：在230VAC ± 10%时测量为0.3W。

输出参数

• 输出电压：5.0 - 6V，在峰值功率点± 20%。
• 输出电流：375 - 625mA，在峰值功率点± 25%。
• 输出纹波：电阻负载时为150 - 300mV，电池负载时为375mV。
• 总输出功率：2.06 - 3.43W，连续输出功率为2.75W。
• 效率：在2.75W输出功率、25°C时测量大于65%。

环境与安全

• 传导EMI：符合CISPR22B / EN55022B标准，无需Y1安全电容。
• 安全设计：满足IEC950/UL1950 Class II标准，能承受1.2/50µs浪涌（2kV）和100kHz环形波（2kV）。
• 环境温度：0 - 40°C，在提供的外壳中，自由对流，海平面条件下。

三、电路设计

输入级与EMI滤波

输入级采用桥整流器D1 - D4对交流输入进行整流，C1和C2进行平滑处理，电感L1形成π - 滤波器以衰减差模传导EMI。电阻RF1为熔断式、防火类型，提供初级侧短路和线路浪涌保护，并提供额外的差模EMI滤波。开关频率为42kHz，允许使用简单的EMI滤波器，无需Y电容即可满足国际EMI标准。

LinkSwitch初级与输出反馈

LNK520P实现启动和自动重启（输出保护）操作、输出恒压（CV）和恒流（CC）控制。当电源接通时，高压直流出现在LinkSwitch的DRAIN引脚，CONTROL引脚电容C5通过内部连接在DRAIN和CONTROL引脚之间的开关高压电流源充电。当CONTROL引脚达到约5.6V时，内部电流源关闭，内部控制电路激活，高压MOSFET开始开关。

输出整流

输出整流由肖特基二极管D7提供，其低正向电压在整个工作范围内提供高效率。低ESR电容C6实现最小输出纹波并最大化工作效率。

四、变压器设计

规格参数

• 电气强度：从引脚1 - 5到引脚6 - 10，1秒、60Hz时为3000VAC。
• 初级电感：引脚1 - 2，所有其他绕组开路，在100kHz、0.4VRMS时测量为2.52mH，±10%。
• 谐振频率：引脚1 - 2，所有其他绕组开路，最小为400kHz。
• 初级漏电感：引脚1 - 2，引脚6 - 7短路，在100kHz、0.4VRMS时测量最大为80µH。

材料与构建

变压器采用EE16磁芯，使用多种规格的磁线、箔和胶带进行绕制。在构建过程中，需要注意线规选择、绕组顺序和绝缘处理，以确保变压器的性能和EMI特性。

五、性能表现

效率

在不同输入电压和输出负载下，效率均能保持在较高水平。在室温、60Hz输入频率下，满载时效率与输入电压和输出电流的关系曲线显示，效率大于65%。

空载输入功率

在不同输入电压下，空载输入功率较低，在230VAC时约为0.3W。

调节特性

在不同输入电压和负载电流下，输出电压能保持相对稳定，具有良好的线电压和负载调节特性。

热性能

在85VAC、输出负载为0.5A的最大功率点下运行12小时后，LinkSwitch和输出二极管的温度分别达到53°C和66°C（无外壳），在封闭外壳内运行时，温度会额外上升15°C，但仍在可接受的工作范围内。

波形与纹波

通过示波器测量，展示了正常运行时的漏极电压和电流波形、输出电压启动特性、负载瞬态响应和输出纹波等。在测量输出纹波时，需要使用特殊的示波器探头以减少杂散信号。

传导EMI

在最坏情况下（230VAC、满载、5.5V/0.5A）进行传导发射测试，测试样品在复合准峰值和平均值限制以下具有大于10dBµV的裕量，表明其在高频发射方面有显著的衰减。

六、替代设计

附录A中介绍了一种采用简化EE16变压器结构的替代设计。该设计使用集成偏置和双绕屏蔽，提高了效率（从66%提高到70%），但需要增加二次缓冲电路来减少高频EMI。其性能与原设计相似，包括输出纹波、波形和热性能等。

七、总结与思考

EP - 54充电器/适配器以其低成本、高集成度和良好的性能，为电子设备的电源供应提供了一个优秀的解决方案。在设计过程中，工程师们通过优化电路和变压器设计，实现了高效的电源转换和低EMI特性。然而，在实际应用中，我们还需要考虑一些因素，如不同负载类型对启动性能的影响、变压器设计的微小变化对EMI的影响等。你在实际设计中是否遇到过类似的问题？你又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。