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內(nèi)置MOS的1.5A—5V的充電器的逆天設(shè)計

發(fā)布時間：2014-12-01 責(zé)任編輯：echolady

【導(dǎo)讀】充電器的設(shè)計是常常被電子工程師練手的設(shè)計方案，也因此各種不同種類的充電器被設(shè)計出來。本文將要設(shè)計師六級能效的SOP7內(nèi)置MOS的充電器，相信能為電子發(fā)燒友們提供新靈感。

隨著充電器六級能效標(biāo)準(zhǔn)的實施臨近，其方案需求日益迫切，很多充電器工程師反映QR架構(gòu)方案雖然效率余量更大，但對比PSR方案的元件更多，調(diào)試生產(chǎn)更復(fù)雜。故提供QR架構(gòu)PN836X產(chǎn)品方案之外，基于PN8358開發(fā)了一款更高性價比的六級能效7.5W充電器方案，比QR架構(gòu)更簡潔更經(jīng)濟(jì)，提供給國內(nèi)成本壓力大的充電器廠商一個六級能效新選擇。

基于PN8358的 5V 1.5A六級能效PSR電源解決方案，典型應(yīng)用為智能手機(jī)、平板電腦的5V1.5A充電器，機(jī)頂盒、DVD的7.5W適配器。

PN8358有如下特點：

● 待機(jī)功耗小于75mW：內(nèi)置專利高壓啟動模塊，節(jié)省高壓啟動電阻，
● 效率滿足DOE Level 6：智能多重工作模式顯著提高平均效率，
● CV、CC精度5%以內(nèi)：內(nèi)置輸入電壓、DC輸出線補(bǔ)償，任何工況下均可滿足
● 體積緊湊：集成4.5ohm 650V 智能功率MOS，PSR省光耦/TL431，SOP7封裝
● 保護(hù)功能豐富：含過溫保護(hù)、VDD欠過壓保護(hù)、FB開短路保護(hù)、CS開短路保護(hù)，電壓和溫升de-rating裕量充足，提高系統(tǒng)可靠性

系統(tǒng)設(shè)計要點

系統(tǒng)的典型應(yīng)用如圖1所示，設(shè)計要點羅列如下：

圖1 PN8358 系統(tǒng)典型應(yīng)用

變壓器飽和設(shè)計

其中Lp為變壓器原邊電感感量、Np為變壓器原邊圈數(shù)、Ae為變壓器窗口面積、CS腳內(nèi)部基準(zhǔn)電壓為0.5V，Bmax建議控制在0.32T以內(nèi)。

變壓器匝比n約束設(shè)計

PN8358采用帶前饋補(bǔ)償?shù)拈_環(huán)恒流法：去磁占空比近似為0.5。理論上，恒流可由下式表達(dá)：

工程設(shè)計時，需考慮變壓器耦合因子及采樣誤差的影響，在(2)式中需加入修正因子。由其恒流原理可知，系統(tǒng)設(shè)計必須滿足下式約束：

其中Vr為輸出電壓到變壓器原邊的折射電壓、VF為輸出二極管正向壓降、Vdc,min為輸入電容電壓最小值。若(3)式不滿足，輸出CC、CV精度下降。

芯片供電回路設(shè)計

PN8358通過脈沖采樣變壓器供電繞組信號，閉環(huán)控制調(diào)節(jié)輸出電壓：

芯片F(xiàn)B腳內(nèi)部電壓基準(zhǔn)為2V，k為上下偏取樣電阻的比例，n1為變壓器供電繞組與次級繞組的匝比，其耦合情況影響CV精度及系統(tǒng)抗干擾能力。變壓器結(jié)構(gòu)選擇及n1設(shè)計的準(zhǔn)則是確保在空載不觸發(fā)VDD UVLO、滿載不觸發(fā)VDD OVP。
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PCB布線

為改善EMC性能，提高系統(tǒng)抗surge、ESD能力，PCB布線的三個重要原則：功率回路最短、功率回路與信號回路物理空間上分開、VDD電容貼近芯片供電腳。

性能評估