飞兆案例分析：高效率充电器电源设计

　　近年来消费性电子产品市场持续增长，不断要求电源必须更“省电”和更“小型化”，于是国际组织例如“能源之星”开始规范对于电源设备的节能要求，尤其最需要规范的是需要恒流充电模式（Constant Current OUTPUT regulation， CC）与恒压充电模式（Constant Voltage OUTPUT regulation， CV）的电池充电器，它是最常使用也最广泛地使用在我们身边的，应用的范围包括：掌上型电子式产品、PDA、MP3播放器和数码相机等。然而多数的充电器大多采用次级端反馈控制的方式调节输出，这种控制的方法并无法减少组件数目，提升效率与缩小体积，而且难以降低本钱，于是新架构的低级端调节控制便衍生出来。本篇文章在探讨一个专利技术叫做“低级端调节控制器（Primary Side Regulation， PSR）”，这种PSR控制器不需要次级真个反馈线路便可在低级端精准地控制充电器输出的CV/CC，实现省电、高效率和低本钱的电源。这种PSR不仅包含了跳频（Frequency hopping）机制来降低EMI，更包括了省电模式（GREEN mode function）降低待机时的电源消耗。根据实验的结果，这种具有低级端调节控制的充电器相对于传统采用RCC或PWM的控制方法，更可以达到低本钱、省电和高效率的电源， 所以这种PSR控制方法提供电源朝向低本钱的最佳解决方案。

　　简介

　　图1为传统反激式转换器的电池充电器应用范例，它包含了次级端CV控制线路与CC控制线路，光耦合器的作用在耦合次级真个控制信号到低级真个PWM控制器，PWM控制器会根据次级真个控制信号调整 MOSFET 的开关周期大小，达到随次级端负载改变时仍然可以稳定输出负载所需的电压与电流。这种控制方法的缺点在于需要有较多的次级端控制组件，而这意味着必须有较多的PCB板空间与较高的本钱；除此之外，光耦合器有可能造成漏电的潜伏危险，并且二次端侦测输出电流的电阻Ro将增加功率的损耗而降低整体电源的效率。

　　

　　图1.传统采用次级端控制线路的返驰式转换器

　　低级端调节控制的基本概念

　　图2为采用低级端调节控制的反激式转换器设计范例。PSR控制器为了获得次级端输出电压的信息，采用独特的方式侦测变压器辅助绕组上的波形，以获得次级真个输出信息进行反馈控制。图3所示为主要的工作波形。

　　

　　图2.采用PSR控制的返驰式转换器电路图

　　对于采用PSR控制器的反激式（flyback）转换器工作于不连续导通模式之下会获得较好的输出调节能力。因此转换器的工作原理如下：

　　·当PSR内部的MOSFET导通时［ton］，输进端电压VIN会建立在变压器的两端，因此变压器低级真个电流iP将会由零线性地上升到ipk.；所以ipk.可以由式（1）推导出。在这段期间，输进真个能量会储存在变压器中。