1.引言

隨著充電器六級(jí)能效標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施臨近，其方案需求日益迫切，很多充電器工程師反映QR架構(gòu)方案雖然效率余量更大，但對(duì)比PSR方案的元件更多，調(diào)試生產(chǎn)更復(fù)雜。故芯朋微電子在提供QR架構(gòu)PN836X產(chǎn)品方案之外，基于PN8358開(kāi)發(fā)了一款更高性價(jià)比的六級(jí)能效7.5W充電器方案，比QR架構(gòu)更簡(jiǎn)潔更經(jīng)濟(jì)，提供給國(guó)內(nèi)成本壓力大的充電器廠商一個(gè)六級(jí)能效新選擇。

基于PN8358的 5V 1.5A六級(jí)能效PSR電源解決方案，典型應(yīng)用為智能手機(jī)、平板電腦的5V1.5A充電器，機(jī)頂盒、DVD的7.5W適配器。與芯朋經(jīng)典產(chǎn)品PN8355、PN8356、PN8359、PN8360屬于同一控制平臺(tái)，該系列產(chǎn)品可提供5～15W完整的充電器5級(jí)/6級(jí)解決方案。

PN8358有如下特點(diǎn)：

● 待機(jī)功耗小于75mW：內(nèi)置專利高壓啟動(dòng)模塊，節(jié)省高壓?jiǎn)?dòng)電阻，

● 效率滿足DOE Level 6：智能多重工作模式顯著提高平均效率，

● CV、CC精度5%以內(nèi)：內(nèi)置輸入電壓、DC輸出線補(bǔ)償，任何工況下均可滿足

● 體積緊湊：集成4.5ohm 650V 智能功率MOS，PSR省光耦/TL431，SOP7封裝

● 保護(hù)功能豐富：含過(guò)溫保護(hù)、VDD欠過(guò)壓保護(hù)、FB開(kāi)短路保護(hù)、CS開(kāi)短路保護(hù)，電壓和溫升de-rating裕量充足，提高系統(tǒng)可靠性

2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

系統(tǒng)的典型應(yīng)用如圖1所示，設(shè)計(jì)要點(diǎn)羅列如下：

圖1 PN8358 系統(tǒng)典型應(yīng)用

2.1 變壓器飽和設(shè)計(jì)

其中Lp為變壓器原邊電感感量、Np為變壓器原邊圈數(shù)、Ae為變壓器窗口面積、CS腳內(nèi)部基準(zhǔn)電壓為0.5V，Bmax建議控制在0.32T以內(nèi)。

2.2 變壓器匝比n約束設(shè)計(jì)

PN8358采用帶前饋補(bǔ)償?shù)拈_(kāi)環(huán)恒流法：去磁占空比近似為0.5。理論上，恒流可由下式表達(dá)：

工程設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮變壓器耦合因子及采樣誤差的影響，在（2）式中需加入修正因子。由其恒流原理可知，系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須滿足下式約束：

其中Vr為輸出電壓到變壓器原邊的折射電壓、VF為輸出二極管正向壓降、Vdc，min為輸入電容電壓最小值。若（3）式不滿足，輸出CC、CV精度下降。

2.3 芯片供電回路設(shè)計(jì)

PN8358通過(guò)脈沖采樣變壓器供電繞組信號(hào)，閉環(huán)控制調(diào)節(jié)輸出電壓：

芯片F(xiàn)B腳內(nèi)部電壓基準(zhǔn)為2V，k為上下偏取樣電阻的比例，n1為變壓器供電繞組與次級(jí)繞組的匝比，其耦合情況影響CV精度及系統(tǒng)抗干擾能力。變壓器結(jié)構(gòu)選擇及n1設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則是確保在空載不觸發(fā)VDD UVLO、滿載不觸發(fā)VDD OVP。

2.4 PCB布線

為改善EMC性能，提高系統(tǒng)抗surge、ESD能力，PCB布線的三個(gè)重要原則：功率回路最短、功率回路與信號(hào)回路物理空間上分開(kāi)、VDD電容貼近芯片供電腳。

3.性能評(píng)估

圖2 5V1.5A Demo外觀（33mm*53mm）

5V1.5A Demo外觀如圖2所示，關(guān)鍵性能測(cè)試結(jié)果如下：

3.1 待機(jī)功耗

備注：115/230Vac待機(jī)功耗小于75mW限制。

3.2 平均效率

備注：115/230Vac效率滿足76.65%限制，效率測(cè)試為PCB板端USB口（不帶線充電器）。

3.3 系統(tǒng)溫升

備注：測(cè)試在40度密閉環(huán)境下進(jìn)行。

3.4 系統(tǒng)ESD

備注：測(cè)試條件是230Vac輸入電壓、滿負(fù)載、輸入為2Pin電源線、輸出線1.5m的24 AWG。

3.5 傳導(dǎo)&輻射

備注：測(cè)試條件是230Vac輸入電壓、滿負(fù)載、輸入為2Pin電源線、輸出線1.5m的24 AWG。

4.小結(jié)

小型化、低待機(jī)功耗、高轉(zhuǎn)換效率是電子產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)，傳統(tǒng)DIP8集成轉(zhuǎn)換器或控制器外推功率管分立電源方案面臨更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。針對(duì)5V1.5A的典型應(yīng)用，芯朋微推出了高性價(jià)比的SOP7 集成轉(zhuǎn)換器方案，不僅系統(tǒng)成本、體積可顯著降低，亦能滿足嚴(yán)苛的安規(guī)及六級(jí)能效標(biāo)準(zhǔn)。

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