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六级能效SOP7内置MOS的5V15A充

发布时间:2019-11-28 21:45:05 编辑:笔名

六级能效SOP7内置MOS的5V1.5A充电器方案

1.引言

随着充电器六级能效标准的实施临近,其方案需求日益迫切,很多充电器工程师反映QR架构方案虽然效率余量更大,但对比PSR方案的元件更多,调试生产更复杂。故芯朋微电子在提供QR架构PN836X产品方案之外,基于PN8358开发了一款更高性价比的六级能效7.5W充电器方案,比QR架构更简洁更经济,提供给国内成本压力大的充电器厂商一个六级能效新选择。

基于PN8358的 5V 1.5A六级能效PSR电源解决方案,典型应用为智能、平板电脑的5V1.5A充电器,机顶盒、DVD的7.5W适配器。与芯朋经典产品PN8355、PN8356、PN8359、PN8360属于同一控制平台,该系列产品可提供5~15W完整的充电器5级/6级解决方案。

PN8358有如下特点:

● 待机功耗小于75mW:内置专利高压启动模块,节省高压启动电阻,

● 效率满足DOE Level 6:智能多重工作模式显着提高平均效率,

● CV、CC精度5%以内:内置输入电压、DC输出线补偿,任何工况下均可满足

● 体积紧凑:集成4.5ohm 650V 智能功率MOS,PSR省光耦/TL431,SOP7封装

● 保护功能丰富:含过温保护、VDD欠过压保护、FB开短路保护、CS开短路保护,电压和温升de-rating裕量充足,提高系统可靠性

2.系统设计要点

系统的典型应用如图1所示,设计要点罗列如下:

图1 PN8358 系统典型应用

2.1 变压器饱和设计

其中Lp为变压器原边电感感量、Np为变压器原边圈数、Ae为变压器窗口面积、CS脚内部基准电压为0.5V,Bmax建议控制在0.32T以内。

2.2 变压器匝比n约束设计

PN8358采用带前馈补偿的开环恒流法:去磁占空比近似为0.5。理论上,恒流可由下式表达:

工程设计时,需考虑变压器耦合因子及采样误差的影响,在(2)式中需加入修正因子。由其恒流原理可知,系统设计必须满足下式约束:

其中Vr为输出电压到变压器原边的折射电压、VF为输出二极管正向压降、Vdc,min为输入电容电压最小值。若(3)式不满足,输出CC、CV精度下降。

2.3 芯片供电回路设计

PN8358通过脉冲采样变压器供电绕组信号,闭环控制调节输出电压:

芯片FB脚内部电压基准为2V,k为上下偏取样电阻的比例,n1为变压器供电绕组与次级绕组的匝比,其耦合情况影响CV精度及系统抗干扰能力。变压器结构选择及n1设计的准则是确保在空载不触发VDD UVLO、满载不触发VDD OVP。

2.4 PCB布线

为改善EMC性能,提高系统抗surge、ESD能力,PCB布线的三个重要原则:功率回路最短、功率回路与信号回路物理空间上分开、VDD电容贴近芯片供电脚。

3.性能评估

图2 5V1.5A Demo外观(33mm*53mm)

5V1.5A Demo外观如图2所示,关键性能测试结果如下:

3.1 待机功耗

备注:115/230Vac待机功耗小于75mW限制。

3.2 平均效率

备注:115/230Vac效率满足76.65%限制,效率测试为PCB板端USB口(不带线充电器)。

3.3 系统温升

备注:测试在40度密闭环境下进行。

3.4 系统ESD

备注:测试条件是230Vac输入电压、满负载、输入为2Pin电源线、输出线1.5m的24 AWG。

3.5 传导 辐射

备注:测试条件是230Vac输入电压、满负载、输入为2Pin电源线、输出线1.5m的24 AWG。

4.小结

小型化、低待机功耗、高转换效率是电子产品的发展趋势,传统DIP8集成转换器或控制器外推功率管分立电源方案面临更严峻的挑战。针对5V1.5A的典型应用,芯朋微推出了高性价比的SOP7 集成转换器方案,不仅系统成本、体积可显着降低,亦能满足严苛的安规及六级能效标准。

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