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手机充电器方案

2011-08-06 6页 doc 3MB 52阅读

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手机充电器方案手机 手机充电器解决方案 概述 本文涉及TH102手机充电器解决方案设计技术细节,以及与两款手机充电器竞争方案(POWER INTEGRATIONS INC的TNY264,ST的PIVer12A)的比较。 变换电路拓扑结构 TH102、TNY264、PIVer12A手机充电器均采用单端反激式变换电路;输入整流滤波电路、输出整流滤波电路也一致。手机充电器电源输入端串联电阻(图2,R1;图3,R1;图5,RF1;图7,R1)为保险电阻;输入滤波电路采用CLC滤波电路(图2、图3中C1、L1、C2;图5中C1、L1、L2、C2;图7...
手机充电器方案
手机 手机充电器解决方案 概述 本文涉及TH102手机充电器解决方案技术细节,以及与两款手机充电器竞争方案(POWER INTEGRATIONS INC的TNY264,ST的PIVer12A)的比较。 变换电路拓扑结构 TH102、TNY264、PIVer12A手机充电器均采用单端反激式变换电路;输入整流滤波电路、输出整流滤波电路也一致。手机充电器电源输入端串联电阻(图2,R1;图3,R1;图5,RF1;图7,R1)为保险电阻;输入滤波电路采用CLC滤波电路(图2、图3中C1、L1、C2;图5中C1、L1、L2、C2;图7中C1、I1、C2;其中TNY264的L2加强了高频滤波),可以满足EMC检测;输出滤波电路也采用CLC滤波电路,保证较小的输出纹波。 图1、TH102原理框图 图2、TH102手机充电器方案一 图3、TH102手机充电器解决二 IC工艺 TH102采用双极工艺,需外置开关功率管,但成本较低廉;TNY264和PIVer12A均采用先进的700V高压MOS工艺,内置MOS开关功率管,但目前成本较高。 启动电路 TH102需外置高阻电阻(图2、图3中R2)、开关功率管(图2、图3中Q1),在TH102的控制下完成启动;TNY264和PIVer12A均采用内置可控高压电流源供给启动电流,工艺先进。 待机功耗或零负载功耗 TH102零负载功耗包括:高压启动电阻(图2、图3中R2)静态功耗,约30mW左右;开关功率管开关损耗;磁复位损耗,图2、图3采用RCD电路(图中R5、C5、D5)损耗较大,若采用齐纳二极管磁复位电路能降低损耗,但成本较高;开关变压器开关损耗;TH102工作损耗;和输出反馈损耗;按图2、图3方案,零负载功耗小于0.3W,图中D8在零负载和小负载时将增大开关周期,减小开关功率管开关损耗。 TNY264零负载功耗包括:内置MOS开关功率管开关损耗,由于MOS开关功率管开关速度比双极开关功率管快,因而开关损耗也小;磁复位损耗,图5采用齐纳二极管磁复位电路(图中D5、VR1、C3);开关变压器开关损耗;TNY264工作损耗;和输出反馈损耗;由于TNY264每个开关周期均为最大输出周期,因而在零负载和小负载时TNY264开关周期将变得很大,因而MOS开关功率管开关损耗减小,零负载功耗会很小,但如反馈、变压器等设计不好,纹波将增加,或采用经济的RCD电路时零负载功耗显著增加。 PIVer12A零负载功耗包括:内置MOS开关功率管开关损耗;磁复位损耗,图7采用齐纳二极管磁复位电路;开关变压器开关损耗;PIVer12A工作损耗;和输出反馈损耗。 尽管TH102方案待机功耗不如TNY264和PIVer12A,但小于0.3W和低价位,具有更高的性价比。 输出电压基准和反馈 TH102采用稳压管、光耦发光管(图2中Z1、U3、RZ)为输出电压基准,RZ基于光耦发光管压降为Z1提供基电流,改变该基电流(既改变RZ)可小幅改变Z1稳压值,因此,若需较高精度输出电压可调校RZ,调校RZ可采用成批稳压管分为几档,每档稳压管对应一个RZ;或TH102采用TL431(图3中U2、R6、R7、R8、R9、R10、C9)电路为输出电压基准,基准精度较高和无需调校。TH102采用光耦隔离反馈电路(图2中Z1、U3、RZ、C4,图3中U2、R6、R7、R8、R9、R10、C9、C4)。 TNY264采用稳压管、光耦发射二极管为输出电压基准和光耦隔离反馈电路。 PIVer12A采用稳压管、光耦发射二极管为输出电压基准和光耦隔离反馈电路。其光耦隔离反馈电路原理与TH102相似。 变压器 TH102、TNY264、PIVer12A变压器设计基本相似,而且价格也相当,变压器有主绕组、参考绕组、和输出绕组,绕组之比需考虑退磁电压、TH102或TNY264或PIVer12A的工作电压、输出电压、整流二极管压降,退磁电压设计还需顾及整流二极管耐压;TH102变压器设计,输出整流二极管1N5819,EE13磁心,退磁电压75V,工作电压10V,输出电压5.5V,则绕组之比为150:22:12,主绕组4mH。 输出滤波电容和纹波电流 TH102、TNY264、PIVer12A在输出电压和输出电流相同时,按参考设计其滤波电容的纹波电流基本相同,如输出5.5V@500mA则纹波电流略小于500mA,输出一次滤波电容应选择能耐500mA的低ESR电解电容。 安全保护 TH102、TNY264、PIVer12A均有过载、短路等保护,但图5和图7还依然设有分立元件过载保护电路(图5中U2、Q1、R3、R4、R5、VR3、其中R5输出电流检测;图7中T1、R5、R6、R7、R8、C8,其中R6、R7、R8输出电流检测),原因在于按TNY264、PIVer12A内MOS开关功率管400mA的能力,不是输出电流远大于需要电流就是变压器有饱和输出隐患,而且输出电流越大其输出纹波电流也越大,滤波电容将承受更大的纹波电流,因此需额外设置电路加以保护。而TH102通过IS功率管电流输入端的电流检测电阻(图2、图3中R3)和防过载防饱和技术较严格地限制功率管和变压器电流,虽然随着输入电压和输出负载的变化,最大输出电流相对较宽,但最大输出纹波电流确比较稳定,完全可以保证手机充电器的安全;如因手机要求确需较严格的输出电流限制,可以采用图5和图7中保护电路。 图4、TNY264原理框图 400mA,132KHz 图5、TNY264手机充电器 图6、VIPer12A原理框图 400mA,60KHz 图7、VIPer12A手机充电器 应用指南:某款充电器部品清单,输出5.5V 序号 部品名 规格 供应商 制品商/品牌 1 变压器(T1) EE13,4mH,150匝:22匝:12匝 2 电源芯片(U1) TH102 3 Q1 13003 4 二极管D1-D4 IN4007 5 二极管D5 1FR105 /1FR108 6 二极管D6 IN4148(SMD) 7 二极管D7 IN5819 8 磁芯电感L1 #680μh,0.2A 9 磁芯电感L2 #6.8μh,1A 10 电解电容C1-C2 3.3uF/400V±20%,105℃, 11 电容C3 510PF(0805) 12 电容C4 47nF(0805) 13 电解电容C5 2.2nF /1KV 14 电解电容C6 47uF/25V(CD263)105℃ 江海 15 电解电容C7 330uF/10V,105℃, Φ8×12 CD286 江海 16 电解电容c8 220uF/16V,(CD263) 江海 17 电容C9 *222/Y1 18 LED LED 19 线绕电阻R1 *10Ω±20%,,1W 20 电阻R2 1MΩ,1/2W 21 电阻R3 33K(SMD0805) 22 电阻R4 3.3Ω,1/4W 23 电阻R5 220K (SMD1206) 24 电阻R11 2.2KΩ,SMD0805 25 RZ 150Ω 26 Z1 4.3V/0.5稳压管 1-26为方案1 27 电阻R6 12KΩ,SMD1206 28 电阻R7 10KΩ,SMD0805 29 电阻R8 1KΩ,SMD0805 30 电阻R9 330Ω,SMD0805 31 电阻R10 100KΩ,SMD0805 32 U2稳压IC TL431 33 CP 100Nf(SMD0805) 1-33为方案2 手机充电器开关变压器绕制(5.5V输出) 图1:脚位定义示意图 图2:绕组定义示意图 图3:变压器绕组结构,方案1示意图 注:主绕组电感,4mH±10% ;飞线1、飞线2线头长15mm,并有5mm浸锡; 5.5V绕组采用Φ0.40mm三层绝缘线;需去掉EE13脚:Pin3、Pin6、Pin7、Pin9、Pin10;安规要求:3700Vac,1mA。
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