基于PI公司LNK616PG的5W充电器／适配器设计参考 变压器, 二极管, 充电器, 适配器, 滤波器

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[导读] 在本设计中，二极管D1到D4对AC输入进行整流。电容C1和C2对经整流的AC进行滤波。电感L1和L2以及电容C1和C2组成一个π型滤波器，对差模传导EMI噪声进行衰减。这些与PowerIntegrations的变压器E-sheild™技术相结合，使本设计能以充足的裕量轻松满足EN55022 B级传导EMI要求，且无需Y电容。防火、可熔、绕线式电阻RF1提供严重故障保护，并可限制启动期间产生的浪涌电流。
关键词：LNK616PGPI公司充电器

　　设计特色
　　采用革新性控制概念，能够实现元件数量少、成本极低的解决方案
　　初级侧控制省去了次级侧控制器和光耦器
　　恒压（CV）精度：±5%
　　恒流（CC）精度：±10%
　　带迟滞恢复的过热保护功能可确保PCB温度在所有条件下均处于安全范围内
　　自动重启动：输出短路和开环保护
　　极高能效
　　整个负载范围内的平均效率：74%
　　（能源之星2.0要求为67%）
　　空载输入能耗：在230 VAC输入条件下《50 mW
　　轻松满足以下标准要求：
　　EN55022和CISPR-22 B级传导EMI要求（EMI裕量》10 dBμV）
　　IEC 61000-4-5 3级AC输入浪涌和IEC61000-4-2 ESD
　　承受力（范围为±15 kV）
　　工作原理
　　图1所示为一个5 W通用输入恒压/恒流（CV/CC）充电器电源的电路图，该设计采用了Power Integrations的LinkSwitch-II系列产品LNK-616PG。本设计适用于手机电池充电器、USB充电器或任何有恒压/恒流特性要求的应用。
　　在本设计中，二极管D1到D4对AC输入进行整流。电容C1和C2对经整流的AC进行滤波。电感L1和L2以及电容C1和C2组成一个π型滤波器，对差模传导EMI噪声进行衰减。这些与PowerIntegrations的变压器E-sheild™技术相结合，使本设计能以充足的裕量轻松满足EN55022 B级传导EMI要求，且无需Y电容。防火、可熔、绕线式电阻RF1提供严重故障保护，并可限制启动期间产生的浪涌电流。
　　图1显示U1通过可选偏置电源实现供电，这样可以降低空载功耗并提高轻载时的效率。电容C4对U1提供去耦，其值决定电缆压降补偿的数量。
　　在恒压阶段，输出电压通过开／关控制进行调节，并通过跳过开关周期得以维持。通过调整使能与禁止开关周期的比例，可以维持稳压。还可根据输出负载情况减低开关损耗，使转换器的效率在整个负载范围内得到优化。轻载（涓流充电）条件下，还会降低初级侧电流限流点以减小变压器磁通密度，进而降低音频噪音。随着负载电流的增大，电流限流点也将升高，跳过的周期也越来越少。
　　当不再跳过任何开关周期时（达到最大输出功率点），LinkSwitch-II内的控制器将切换到恒流模式。需要进一步提高负载电流时，输出电压将会随之下降。输出电压的下降反映在FB引脚电压上。

　　作为对FB引脚电压下降的响应，开关频率将下降，从而实现线性恒流输出。D5、R3、R4和C3组成RCD-R箝位电路，用于限制漏感引起的漏极电压尖峰。电阻R4拥有相对较大的值，用于避免漏感引起的漏极电压波形振荡，这样可以改善稳压和减少EMI的生成。
　　二极管D7对次级进行整流，C7对其进行滤波。C6和R8可以共同限制D7上的瞬态电压尖峰，并降低传导及辐射EMI。电阻R9充当输出假负载，可以确保空载时的输出电压处于可接受的限制范围内。反馈电阻R5和R6设定恒流阶段的最大工作频率（从而设定输出电流）与恒压阶段的输出电压。
　　设计要点
　　选择电容C7和C8作为低ESR型电容，可以满足输出电压纹波要求，而无需使用后级LC滤波器。如果可以接受较低的平均效率（降低3%至4%），则用PN结型二极管来替代D7，这样可降低成本。然后根据需要重新调节R5和R6，确保输出电压保持基本恒定。
　　在PCB板上，将C4靠近U1放置。减小箝位和输出二极管的环路面积，以降低EMI。

　　使AC输入和开关节点保持一定距离，降低可能会绕开输入滤波的噪声耦合。
　　U1上高压引脚与低压引脚之间的爬电距离非常大，可以避免产生电弧并提高可靠性，这在非常潮湿的条件下特别重要。R5和R6应使用容差为1%的电阻，这样可以提高输出精度。