緊湊型大功率充電器

摘要：電池充電器功率正隨著電池容量的增加而增大，本文介紹了一種緊湊型大功率充電器的實現方案。本文網絡版地址：http：∥www.eepw.com.cn/article/263375.htm

關鍵詞：大功率；充電器；緊湊

DOI：10.3969/j.issn.1005-5517.2014.9.019

我們的日常生活越來越離不開智能手機和多媒體平板電腦。為了滿足日常使用，電池體積和容量正變得越來越大。這意味著必須提升電池的“安時（Ah）”額定值才能支持下一代設備。因此，電池充電器功率也應隨電池容量的增加而增大。最新的市場趨勢表明，充電器額定功率將從5W上升到lOW甚至1SW，如圖1所示。可見，效率和功耗管理是縮小充電器尺寸的關鍵因素。

由于高能量密度、低自放電特性及尺寸和外形的高度靈活性，鋰離子技術目前是小型便攜式設備首選的電池技術。一股而言，鋰離子電池單元適用于恒流（CC）和恒壓（CV）充電策略。電池電壓較低時，充電器工作在CC充電模式下。一旦電池充電至浮充電壓時（零電流下的電池電壓，通常為4.2V左右），系統將開始降低充電電流，以維持所需電壓，然后切換至CV模式。雖然這種充電過程看上去很簡單，實際上它需要對浮沖電壓附近的電平進行精確的充電控制，以便使電池容量最大化，同時延長電池循環壽命。如果對電池充電器電壓的調節不夠精確，則可能導致電池充電不足，并顯著降低電池容量，縮短便攜式設備的使用時間。此外，如果充電電壓過高，那么電池循環壽命將大大縮短。對鋰離子單元進行過充電還有可能導致設備發生災難性故障。精確的電池充電調節可以最大程度地提高電池的使用率，延長電池壽命。

初級端調節（PSR）設計已廣泛用于低功率和小尺寸電池充電器。與早期PSR設計相比，新控制器的CC性能要好很多。然而，若僅僅依靠PSR策略進行設計，則隨著輸出功率的上升，CV將變得難以調節。除了CV調節性能方面的缺陷，僅采用PSR的設計在動態響應方面也不足。實際上，負載調節是純PSR解決方案的關鍵問題。雖然新的控制器具有優秀得多的負載調節性能，隨著功率上升，僅采用PSR的設計會遇到更多困難。因此，新的解決方案建議將初級端調節與次級端調節結合起來。圖2顯示此策略的設計理念。采用PSR+SSR解決方案后，旅行適配器或充電器設計便可兼具極佳的CC和CV動態響應以及超低的待機功耗。

待機功耗與IC輕載工作條件以及間歇模式工作有關。受動態響應性能限制，純PSR設計難以實現較低的待機功耗；為了實現良好的動態響應，最低間歇頻率變得相對較高，產生額外開關損耗。此外，PSR設計需要從初級端監控輸出電壓，因此內部采樣模塊無法進入休眠模式。這使得IC的內部電流高于SSR設計，后者使用電流反饋。

圖3顯示純PSR解決方案與PSR加SSR解決方案的比較分析。FAN104是一款純PSR解決方案，具有市場上一流的待機功耗和調節性能。FAN302HL是一款PSR加SSR解決方案，能處理更高的功率、更佳的動態響應以及更低的待機功耗。FAN302HL解決方案還具有固定開關頻率特性，有助于解決100kHz噪聲及其諧波干擾導致的觸控面板故障問題。FAN302UL具有更高的頻率變器件：TL431、光電耦合器、晶體管、無源器件化，因此同樣適用于緊湊型充電器設計。FAN302uL工作頻率為140kHz。

FAN302系列的另一項優點是30v工藝，可實現更寬的輸入電壓工作范圍。另外還提供內部閂鎖保護，相比其他采用次級端過壓保護的控制器，設計時可節省多個外部元器件，如圖4所示。

參考文獻：

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[3]純PSR以及PSR+SSR解決方案[R/OL]http：∥wwwfaircildsemi.com/search/power-manaqement/off-line-and-lsolated-dc-dc/prImary-side-regulatoon-cv-cc-w/