图所示为采用INN2023K集成式电源控制器的低成本、极高效率充电器的电路,可提供5 V、2 A恒压/恒流充电。
这款单路5 V输出充电器设计达到DoE 6级水平,符合EC CoC 5标准(实测效率84%,标准要求79%),并且空载输入功率<10 mW。InnoSwitch-CH器件所具有高集成度可将总元件数从典型的45个以上减少到仅32个。U1内置的次级侧同步整流(SR)控制器允许将昂贵的大电流肖特基势垒二极管替换为成本较低的MOSFET,同时还可提高效率和消除热点。采用次级侧控制后,通常与SR有关的交越导通问题在所有情况下都将消除。
输入级要求采用一个小晶体管(RT1),以防止浪涌电流超过D3-D6的规格,并导致保险丝F1断开。
电容C2和C4的总输入电容足以85 VAC的满功率输出,转换器能够在下一个AC周期刷新输入之前以最低DC电压工作。DC电压施加在T1的初级绕组上。InnoSwitch-CH IC中集成的MOSFET用于驱动初级绕组的另一侧。
由二极管D1、电阻R1和R14以及电容C1组成的低成本RCD箝位可在MOSFET关断的一瞬间立即控制InnoSwitch-CH IC的峰值漏极电压。该箝位有助于耗散存储在变压器T1漏抗中的能量,并将U1漏极引脚的关断电压尖峰控制到安全值。
InnoSwitch-CH IC具有自启动功能,当首次AC上电时,它使用内部高压电流源对初级旁路引脚电容(C6)进行充电。在正常工作期间,初级侧控制从变压器T1的辅助绕组获得供电。辅助(或偏置)绕组的输出端由二极管D2进行整流,并由电容C5进行滤波。电阻R4可以将供应给InnoSwitch-CH IC (U1)初级旁路引脚的电流控制在接近IC供电电流的水平,用以降低空载输入功率。
输出稳压通过采用ON/OFF控制来实现,使能开关周期的数量根据输出负载进行调整。在重负载下,大部分开关周期都被使能;在轻载或空载下,大部分周期都被禁止或跳过。一旦周期使能后,MOSFET将保持导通,直到初级电流逐渐增大到特定工作状态的器件限流点。该IC设定了四种工作状态(限流点),以使初级电流开关模式的频率分量保持在音频范围之外,直到轻载时,变压器磁通密度以及因此产生的音频噪声都处于极低水平。
InnoSwitch-CH IC的次级侧提供输出电压、输出电流检测并驱动提供同步整流的MOSFET。
变压器的次级分别由MOSFET Q1整流和由电容C10滤波。电阻R7和C9用来控制开关瞬态时的高频振铃,否则会产生辐射EMI。Q1的栅极由InnoSwitch-CH IC内的次级侧控制器根据绕组电压(通过电阻R5检测)进行导通,并馈入IC的正激引脚。
在连续导通模式下,Q1就在次级侧下达初级侧请求的新开关周期指令之前关断。在非连续导通模式下,Q1会在MOSFET的电压降降到约-24 mV阈值[VSR(TH)]以下时关断。
由于SR和初级MOSFET控制都位于次级侧,因此两个MOSFET发生交越导通的任何可能性均已消除。反过来,可将Q1的导通时间尽量延长,以实现最低损耗,同时允许省去并联肖特基二极管和/或使用较低成本的高RDS(ON)器件,以实现与独立SR控制器相同的效率。
InnoSwitch-CH IC的次级侧从次级绕组正向电压或输出电压自行供电。连接至InnoSwitch-CH IC (U1)次级旁路引脚的电容C7可提供内部电路去耦。
在恒流(CC)工作期间,当输出电压降低时,器件将直接从次级绕组自行供电。在初级侧功率MOSFET导通期间,出现于次级绕组的正向电压用于通过电阻R5和内部稳压器对去耦电容C7充电。这可以使恒流输出调节维持在2.5 V以下。在此水平之下时,电源会进入自动重启动模式,直到输出负载降低。
输出电流通过一个约33 mV (ISV(TH))的阈值在ISENSE与次级接地引脚之间进行内部检测,用以降低损耗。一旦超过内部电流检测阈值,器件将调节开关脉冲数以维持固定的输出电流。
低于恒流阈值时,器件在恒压模式下工作。输出电压通过电阻分压器R8和R9进行检测。对输出电压进行调节,以便在反馈引脚实现1.265 V的电压。电容C15为反馈引脚提供去耦,可确保稳定工作并防止开关噪声耦合至IC。