中心議題：
- 嚴(yán)格的空載容限
- 嚴(yán)格的CV/CC容限
- 如何滿足30mW目標(biāo)
解決方案：
- 選擇獨(dú)立式＋集成式MOSFET PWM控制器
相關(guān)閱讀：
手機(jī)PCB設(shè)計(jì)時(shí)RF布局技巧
http://m.tzzsdz.com/art/artinfo/id/80014649
手機(jī)中音頻系統(tǒng)抗ESD和EMI干擾設(shè)計(jì)
http://m.tzzsdz.com/art/artinfo/id/80014948
配合智能手機(jī)等便攜應(yīng)用要求及技術(shù)趨勢(shì)的電源管理方案
http://m.tzzsdz.com/art/artinfo/id/80014584
做一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)計(jì)算，就很容易理解為什么政府機(jī)構(gòu)和手機(jī)制造商突然積極致力降低手機(jī)充電器的待機(jī)功耗了：全球手機(jī)用戶超過40億，而其中大多數(shù)用戶都習(xí)慣于即使在電池完全充滿并拔掉手機(jī)之后，仍然讓自己的充電器保持連接狀態(tài)，因而會(huì)繼續(xù)耗電。根據(jù)諾基亞的統(tǒng)計(jì)，移動(dòng)設(shè)備使用期間用電量的三分之二是在空載模式下消耗的。
降低溫室效應(yīng)氣體排放量和化石燃料消耗量無疑對(duì)我們所有人都十分重要，但除此之外，手機(jī)充電器解決方案還必須具有切實(shí)的優(yōu)勢(shì)，例如合理的成本、易于實(shí)現(xiàn)和確定的可靠性。
在這方面，飛兆半導(dǎo)體公司為設(shè)計(jì)人員提供了相關(guān)IC，這些產(chǎn)品利用該公司在集成和封裝領(lǐng)域的專業(yè)能力，在單一器件上整合了一個(gè)PWM控制器、一個(gè)MOSFET(如果需要)和多項(xiàng)保護(hù)功能，能夠幫助制造商達(dá)到空載功耗不到30mW的5星級(jí)水平(只有業(yè)界平均功耗300mW的十分之一)以及±5%的輸出CV/CC容限，并且無須次級(jí)端控制電路。
嚴(yán)格的空載容限
現(xiàn)在的手機(jī)用戶要求繁多，包括大尺寸的觸摸屏、數(shù)百萬像素的相機(jī)、藍(lán)牙及802.11 WiFi連接、全面的網(wǎng)絡(luò)瀏覽、電郵和數(shù)據(jù)庫訪問、GPS導(dǎo)航、音樂及視頻下載，以及即將實(shí)現(xiàn)的移動(dòng)數(shù)字電視。所有這些熱門功能都需要使用電能。手機(jī)是經(jīng)由電池供電的，而電池可通過各種不同的電源進(jìn)行充電，如汽車上的點(diǎn)煙器(電源轉(zhuǎn)換器)、商業(yè)飛機(jī)座椅上的電源插座，還有筆記本電腦或臺(tái)式機(jī)上的USB端口。
當(dāng)然，最普遍的充電電源還是壁式AC電源插座和通常被稱為手機(jī)充電器的外置AC/DC適配器，然而，這類設(shè)備大多數(shù)都不是真正的充電器。充電電路其實(shí)位于手機(jī)內(nèi)部。
手機(jī)充電時(shí)平均僅需要2W的功率，而筆記本電腦需要近100W，這也是手機(jī)充電器比筆記本電腦充電器小得多的原因。盡管如此，由于全球手機(jī)用戶多達(dá)40億，而PC擁有者只有10億，故降低用戶熟知情況中的待機(jī)功耗，即工程師熟知條件下的空載功耗，已成為當(dāng)前的一項(xiàng)關(guān)鍵設(shè)計(jì)考慮事項(xiàng)。
這些關(guān)注的結(jié)果是采取一系列措施來提升效率和降低空載功耗的需求。其中最新最嚴(yán)格的是由全球前五大手機(jī)廠商提出的一項(xiàng)自愿性的充電器星級(jí)制協(xié)定，用以標(biāo)志在充電完成之后，充電器仍插在壁式插座上時(shí)的耗能量。該星級(jí)制從0星級(jí)開始，最高5星級(jí)?？蛰d下額定待機(jī)功耗大于0.5W的充電器為0星級(jí)標(biāo)簽，待機(jī)功耗小于0.03W(30mW)的為5星級(jí)(見表1)。通過比較，大多數(shù)現(xiàn)有手機(jī)的待機(jī)功耗在150～300mW范圍。
這一點(diǎn)十分重要，有必要再次重申：要想獲得5星級(jí)標(biāo)簽，充電器必須達(dá)到30mW或更低的空載功耗(見表1)，這比能源之星(level V)的閾值低90%。
[page]
嚴(yán)格的CV/CC容限為什么重要
目前，小型便攜式設(shè)備的電池都選擇鋰離子技術(shù)。這種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于其尺寸小、能量密度大、自放電小，而且在尺寸和形狀方面具有極大的靈活性。鋰離子電池一般適用于恒流/恒壓(CC/CV)充電方式；每種充電模式的時(shí)間長(zhǎng)短取決于電池的容量和充電器的性能。
在最基本的形式下，即電池電壓很低時(shí)，充電器進(jìn)入恒流(CC)充電模式；這時(shí)大部分充電能量都傳送給電池。一旦電池充電充到浮動(dòng)電壓(電池?cái)嚅_，零電流時(shí)，電池電壓通常在4.2V左右)，系統(tǒng)將開始減小充電電流，以保持所需的電壓——此所謂“恒壓”模式。
雖然實(shí)現(xiàn)起來比較簡(jiǎn)單，但給手機(jī)充電實(shí)際上需要對(duì)浮動(dòng)電壓區(qū)進(jìn)行精確的控制，才能獲得最大電池容量，并延長(zhǎng)電池使用時(shí)間。不精確的電池電壓調(diào)節(jié)可能會(huì)使電池充電不足，導(dǎo)致電池容量大幅度減小。另一方面，如果充電電壓過高，電池的循環(huán)壽命會(huì)大大縮短。
鋰離子電池的過度充電還可能造成設(shè)備的災(zāi)難性故障。
滿足30mW目標(biāo)
對(duì)于設(shè)計(jì)工程師來說，門檻突然被拔高了。不過，不妨回想一下一年多前，那時(shí)的情形與現(xiàn)在似乎并無二致。當(dāng)時(shí)，手機(jī)電源供應(yīng)商設(shè)計(jì)出的恒壓/恒流(CC/CV)適配器/充電器大受贊譽(yù)。在待機(jī)模式下，這些適配器/充電器在120VAC時(shí)功耗為75mW，240VAC時(shí)為90mW，都滿足美國環(huán)保署能源之星規(guī)范中針對(duì)這兩種輸入電壓制定的0.5W的要求。
雖然30mW是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的要求，不過飛兆半導(dǎo)體公司的第三代PSRPWM產(chǎn)品仍然能夠輕松滿足。飛兆半導(dǎo)體最新推出的FSEZ1317器件集成了一個(gè)700V功率MOSFET(1A)，可節(jié)省空間和成本。其CV/CC容限從±10%緊縮至±5%，同時(shí)，外部電阻和電容的數(shù)量從12個(gè)減少到了5個(gè)(3個(gè)電阻，2個(gè)電容)。
這種PSR PWM控制器可實(shí)現(xiàn)非常精確的CC/CV調(diào)節(jié)，且無須其他解決方案所需的次極端電壓或電流反饋電路。對(duì)設(shè)計(jì)人員而言，在電池充電器應(yīng)用中采用次極端反饋電路來進(jìn)行CV/CC輸出調(diào)節(jié)的傳統(tǒng)方案已不再有吸引力，因?yàn)槠涑杀靖?，器件?shù)目多，這意味著需要更多的板上空間和更大的充電器。此外，由于次級(jí)端元件會(huì)產(chǎn)生功耗，能效也受到不利影響。
對(duì)于需要外部MOSFET的設(shè)計(jì)，工程師可選擇飛兆半導(dǎo)體的FAN103PSR PWM控制器。在眾多解決方案供應(yīng)商中，只有飛兆半導(dǎo)體提供有獨(dú)立式＋集成式MOSFET PWM控制器選擇。
飛兆半導(dǎo)體的I C產(chǎn)品擁有節(jié)能性能的關(guān)鍵原因在于它采用了高壓(HV)啟動(dòng)電路、專有綠色控制模式，以及專門開發(fā)的TRUECURRENT技術(shù)，后者利用PSR控制反激式轉(zhuǎn)換器來調(diào)節(jié)輸出電流，無須次級(jí)反饋電路。該控制器使用模擬信號(hào)處理和采樣技術(shù)，通過變壓器的初級(jí)端輔助繞組來調(diào)節(jié)輸出電壓/電流。利用這種方案，充電器能夠獲得比傳統(tǒng)電路設(shè)計(jì)更小的外形尺寸、更低的待機(jī)功耗和更高的效率。
