高性價比的電源適配器解決方案

摘要：簡要介紹了市場上主流的低功率(5-15W)開關(guān)電源適配器方案的特點，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與工作原理，并給出了AP3710整體方案的實際測試結(jié)果。

關(guān)鍵詞：AP3710；電源；方案

低功率電源適配器的方案

這里所討論的低功率電源適配器主要針對輸出功率5～15W的電源系統(tǒng)。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是集成PWM控制器的典型應(yīng)用圖，U1采用DIP-8封裝，內(nèi)部集成了PWM控制器和功率MOSFET。變壓器輸入側(cè)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(cè)包括：二極管D10等組成的輸出整流濾波電流；固定電壓基準(zhǔn)U2等組成的穩(wěn)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(nèi)，故集成度較高，但散熱設(shè)計難。

圖2是分立PWM控制器方案，U1多采用SOIC-8或SOT23-6，內(nèi)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(nèi)置固定開關(guān)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(tǒng)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(shù)應(yīng)用方案在DVD電源、電腦輔助電源、電池充電器、網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備領(lǐng)域等占有較高地位。

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(yīng)用系統(tǒng)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(tǒng)元件成本的35％，這些都不符合消費類電子低成本的趨勢要求。

因此，從PWM控制器的設(shè)計概念上尋求突破，同時最大程度提高集成度，有效減少外圍元件數(shù)，最終降低系統(tǒng)成本，這正是新推出的PWM控制器AP3710的方案設(shè)計思路。

AP3710是一款射極驅(qū)動模式的PWM控制器芯片，啟動時首先從驅(qū)動端OUT獲得初始電流，供電源端VCC，系統(tǒng)開始工作。系統(tǒng)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(guān)斷電壓區(qū)間內(nèi)可靠運行。內(nèi)置振蕩器的頻率固定，但開關(guān)頻率在一定范圍抖動，改善了系統(tǒng)EMI。斜波補償功能提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。短路保護功能的實現(xiàn)方式是：當(dāng)系統(tǒng)輸出短路時，VCC端必將跌落至關(guān)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(yīng)，從而有效降低了系統(tǒng)短路時的輸入功率。

AP3710的電源適配器方案

圖4是AP3710的適配器方案原理圖。AP3710(U1)的脈沖輸出腳與三極管Q1的發(fā)射極直接相連，電網(wǎng)上電后，U1的OUT腳首先從Q1的發(fā)射極獲得能量，實現(xiàn)啟動。C6、R7和C5是環(huán)路補償元件，再配合恒壓元件U2實現(xiàn)對負載端電壓的穩(wěn)定性調(diào)節(jié)。整體方案具有最好的性能，諸如待機功率、EMI、轉(zhuǎn)換效率、動態(tài)特性等性能達到了高性能電源適配器的指標(biāo)要求。另外，該方案的器件數(shù)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(jié)果

這里以12V/1A適配器系統(tǒng)為例，介紹主要測試結(jié)果。

·空載輸入功率低

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(wǎng)電壓范圍內(nèi)空載輸入功率小于0.2W，滿足CEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(zhuǎn)換效率高

CEC是美國加州制定的強制性電源能效標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定了電源平均效率必須滿足公式0.5+0.091nPo，而平均效率是0.25Po、0.5Po、0.75Po和P0條件下的加權(quán)值。在230V電網(wǎng)電壓范圍內(nèi)平均效率大干78％，滿足CEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的72％。

·瞬態(tài)特性好

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

·EM1特性

圖6和圖7是傳導(dǎo)EMI的準(zhǔn)峰值數(shù)據(jù)，10dB以上的裕量。圖8和圖9是輻射EMI的水平和垂直方向的EMI數(shù)據(jù)，4米天線360度掃描，仍有10dB以上的裕量。

可見，AP3710方案的優(yōu)點無可比擬：低價格、高性能、易生產(chǎn)，會增強其具市場競爭力。