關鍵詞： AC , USB , 充電 , 適配器

作者：Adnaan Lokhandwala，德州儀器 (TI) 產品經理

通用串行總線（USB）充電已經成為小型電子產品的一種常見供電方法。許多新型消費類電子設備（例如：智能手機、平板電腦、電子閱讀器等）的AC電源適配器/電池充電器的功率范圍均為5到25W，并且都有一個USB標準A接口。5V適配器輸出電壓已經成為兼容PC/桌面端口充電和通信的首選。目前主流的連接方法是使用一條標準（mini或者Micro-B）USB線，而大多數情況下使用的卻是非標準型連接器。隨著人們對電池充電問題關注度的提高，老式的“塊兒磚式適配器”正變身為一種外形“酷”、重量輕、設計時尚并且安全綠色的充電器。除滿足標準調節要求外，原始設備制造商還在不斷打破適配器效率和空載功耗（待機功耗）方面的性能局限性。例如，各大主要移動電話充電器制造商已經一致推行五星（空載功耗小于30 mW）充電器功耗評級制度。這讓廣大消費者可以更加容易地比較和選擇那些能效高的充電器。

最近，人們在激烈討論如何標準化移動電話輸入，以及如何生產出一種能為所有手機充電的通用充電器。2006年，中國發布了一項新規定，旨在標準化墻上充電器及其連接線。無獨有偶，現在GSM協會（GSMA）也正領導制定“通用充電解決方案”適配器計劃，其目標是用micro USB接口移動電話供電。普通充電器要求提供5V±5%的電壓，最小電流為850 mA，空載功耗小于150 mW。另外，它還必須符合USB設計論壇（USB-IF）電池充電規范1.1（BC1.1）。*除便于消費者使用以外，標準化充電器還可減少大量的多余充電器。另外，帶有多個USB插孔的AC適配器，讓消費者可以在無需使用眾多專用充電器的情況下方便地為多種電子設備充電。一些高輸出電流充電器還允許進行快速電池充電。相比限制電流500mA的標準USB 2.0端口，這是一個重要優勢。人們對于這些改進性能的需求日益增加，同時適配器設計也越來越小型化，這些都讓這種“黑匣子”中的熱管理成為擺在廣大電源設計者面前的一道巨大難題。

電源架構

考慮到功耗大小問題，圖1所示反向拓撲結構因其簡單性和低成本成為我們的首選。二次側肖特基二極管整流器（圖1a）的傳導損耗，成為實現高效率、緊湊型適配設計的一個限制因素。例如，在一個典型5-V/3-A適配器中，滿負載條件下二極管整流器本身的功率損耗便可達到總系統損耗的30%到40%（忽略二次損耗對高一次側損耗的綜合影響）。為輸出（圖1b）安裝一個同步整流器（SR），可以提高轉換器的總效率，并且由于產生的熱量更少（適配器設計中至關重要），因此系統熱管理更加容易。

圖 1 簡化反向拓撲

2012-8-2 15:40:53 上傳

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*USB-IF BC1.2將充電電流范圍從1.5A擴展至5A。

給經典反向拓撲增加一個SR并不復雜，但卻可以大大降低總系統功耗。這種方法可有效改變功耗電平，功耗隨著MOSFET技術的快速發展而不斷降低。因此，同步整流現在適用于種類繁多的各種產品。SR的低功耗特性讓設計人員可以使用一些體積更小的組件。這些組件擁有更少的散熱組件，從而實現降低組裝成本、產品尺寸和包裝重量的同時提高功率密度。

請注意，如果允許SR MOSFET在空載/待機狀態下開關，系統功耗性能可能會降低。除SR控制器IC所要求的靜態功耗以外，SR-MOSFET開關功耗會成為實現最佳可行系統空載性能的限制因素。

綠色輸出整流：滿負載到空載

本文現在將為您介紹如 TI UCC24610TM綠色整流器控制器等IC如何簡化USB充電器設計，以及如何實現滿負載范圍的高系統效率。圖2顯示了有和沒有同步整流的一個反向轉換器的簡化系統波形。這些波形是某個控制方案所產生的結果，其直接檢測MOSFET漏極到源極電壓（VDS）。相比其他實現方法，例如：一次側同步或者使用二次側電流變壓器實現的同步控制，這種控制方法在今天獲得了廣泛的使用。這種控制方案中，需讓SR控制器的關閉閾值盡可能地接近零，從而實現MOSFET通道的最大傳導時間。

圖 2 使用肖特基二極管和SR-MOSFET輸出整流的簡化反向波形

2012-8-2 15:40:00 上傳

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