《電子技術應用》
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基于AP3710的高性價比電源適配器方案
摘要: 著重描述了基于PWM控制器AP3710的電源適配器解決方案的特點,給出了AP3710整體方案的實際測試結果。
Abstract:
Key words :

低功率電源適配器方案

這里所討論的低功率電源適配器主要針對輸出功率5~15瓦的電源系統。主要有兩類方案,即集成PWM控制器方案和分立PWM控制器方案。


圖1 集成PWM控制器的典型電路



圖1是集成PWM控制器的典型應用圖,U1采用DIP-8封裝,內部集成了PWM控制器和功率MOSFET。變壓器輸入側電路包括:由X電容CX和共模電感L-COM組成的輸入濾波電路,由BD組成的整流橋電路,由U1組成的控制及功率電路。變壓器輸出側包括:二極管D10等組成的輸出整流濾波電路;固定電壓基準U2等組成的穩壓反饋電路。該方案由于功率器件和PWM器件集成在一個封裝內,故集成度較高,但散熱設計難。


圖 2 分立PWM控制器方案的典型電路



圖2是分立PWM控制器方案,U1多采用SOIC-8或SOT23-6封裝, 內部只含PWM控制器, 功率器件Q1是MOSFET。其余外圍電路與集成PWM控制器方案相同。

以上兩類方案的PWM控制器部分的共性是:多內置固定開關頻率、斜波補償、輕載時自動跳頻、負載短路開路保護,這些都滿足了5W~15W消費類電源系統的低成本、低待機能耗、高可靠性要求。以上兩種方案及其拓展成的多數應用方案在DVD電源、電腦輔助電源、電池充電器、網絡通訊設備領域等占有統治地位。

無論是圖1的集成PWM控制方式還是圖2的分立PWM控制器,都只能與功率器件MOSFET配套使用,故成本較高;為了符合電磁兼容要求,其應用系統的輸入部分還必須含有X電容和共模電感L-COM組成的輸入濾波電路,成本也高。粗略估算,PWM控制(包括功率MOSFET)及輸入濾波電路的成本是整個系統元件成本的35%,這些都不符合消費類電子低成本的要求。

因此,從PWM控制器的設計概念上尋求突破,同時最大程度地提高集成度,才能有效減少外圍元件數,從而最終降低系統成本,這正是新推出的PWM控制器AP3710的方案設計思路。
 


圖 3 AP3710功能框圖


AP3710是一款射極驅動模式的PWM控制器芯片(見圖3),啟動時首先從驅動端OUT獲得初始電流,供電源端VCC,系統開始工作。系統正常工作時,從變壓器的輔助繞組獲得足夠的能量維持VCC電壓。UVLO比較器確保了AP3710在一定的開啟電壓和關斷電壓區間內可靠運行。內置振蕩器的頻率固定,但開關頻率在一定范圍抖動,改善了系統EMI。斜波補償功能提高了系統的穩定性。短路保護功能的實現方式是:當系統輸出短路時,VCC端必將跌落至關斷其門檻以下,此時芯片并不立即從啟動,而是從通過放電模塊將VA端的電位拉低,使AP3710的VCC端得不到能量供應,從而有效降低了系統短路時的輸入功率。

AP3710的電源適配器方案


圖 4 AP3710的12V/1A適配器方案原理圖


圖4是AP3710的適配器方案原理圖。AP3710(U1)的脈沖輸出引腳與三極管Q1的發射極直接相連,電網上電后,U1的OUT引腳首先從Q1的發射極獲得能量,實現啟動。C6、R7和C5是環路補償元件,再配合恒壓元件U2實現對負載端電壓的穩定性調節。整體方案具有最好的性能,諸如待機功率、EMI、轉換效率、動態特性等性能達到了高性能電源適配器的指標要求。另外,該方案的器件數量少,沒有輸入X電容及共模電感,Q1是低價格的晶體三極管,因而這是一種極高性價比的電源適配器方案。

測試結果

這里以12V/1A適配器系統為例,介紹主要測試結果。

空載輸入功率

輕載和空載時,控制器從正常的PWM方式自動切換到“Skip cycle”模式。在85V~264V電網電壓范圍內空載輸入功率小于0.2W,滿足CEC標準規定的極限值0.3W;輸出接0.5W負載時的輸入功率小于0.9W。

電源轉換效率

CEC(美國加州制定的強制性電源能效標準)規定了電源平均效率必須滿足公式0.5+0.09lnPo,而平均效率是0.25Po、0.5Po、0.75Po和Po條件下的加權值。在230V電網電壓范圍內平均效率大于78%,滿足CEC標準規定的72%。

瞬態特性

AP3710采用電流模式控制,瞬態響應速度快、電壓過沖小。圖5是負載動態特性測試圖,過沖電壓300mV。

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