可满足30mW待机功耗要求的实用手机充电器解决方案

发布于:2024-07-17 编辑:匿名 来源:网络

做个简单的数学计算,就很容易理解为什么政府机构和手机厂商突然积极致力于降低手机充电器的待机功耗:全球手机用户超过40亿,大多数人习惯于在电池充满电并且拔掉手机插头后仍然保持充电器连接,从而继续消耗电量。

据诺基亚称,移动设备在使用过程中消耗的电量有三分之二是在空闲模式下消耗的。

  减少温室气体排放和化石燃料消耗无疑对我们所有人都很重要,但除此之外,手机充电器解决方案还必须具有切实的优势,例如合理的成本、易于实施和确定性可靠性。

对此,飞兆半导体为设计人员提供了相关IC,利用该公司在集成和封装方面的专业知识,将一个PWM控制器、一个MOSFET(如果需要)和多种保护功能结合起来,可以帮助制造商实现5星级的空载水平功耗小于30mW(仅为业界平均功耗mW的十分之一),输出CV/CC容差±5%,无需次级端。

控制电路。

  强大的空载承受能力  当今的手机用户有很多需求,包括大触摸屏、数百万像素摄像头、蓝牙和.11 WiFi 连接、全面的网页浏览、电子邮件和数据库访问、GPS 导航、音乐和视频下载,以及即将推出的移动数字电视。

所有这些流行的功能都需要使用电能。

手机由电池供电,可通过多种来源充电,例如汽车中的点烟器(电源转换器)、商用飞机座椅上的电源插座以及笔记本电脑或台式机上的 USB。

港口。

  当然,最常见的充电电源是壁式交流电源插座和外部AC/DC适配器(通常称为手机充电器)。

然而,这些设备大多数都不是真正的充电器。

充电电路实际上在手机内部。

  平均而言,手机充电时只需要2W的功率,而笔记本电脑则需要近W。

这就是为什么手机充电器比笔记本电脑充电器小得多的原因。

尽管如此,由于全球手机用户多达40亿,而PC拥有者仅有10亿,降低用户熟悉条件下的待机功耗,即工程师熟悉条件下的空载功耗,已成为一个重要课题。

今天的关键设计问题。

需要考虑的事情。

  这些担忧的结果是需要采取一系列措施来提高效率并降低空载功耗。

其中最新、最严格的是由全球排名前五的手机制造商提出的自愿充电器明星制度协议,用于标记充电器在充电完成后仍插入墙壁插座时的能耗。

星级评定系统从 0 星开始,最高为 5 星。

空载额定待机功耗大于0.5W的充电器被授予0星评级,待机功耗小于0.03W(30mW)的充电器被授予5星评级(见表1)。

相比之下,大多数现有手机的待机功耗都在~mW范围内。

  这一点非常重要,值得重复:要获得 5 星标签,充电器的空载功耗必须达到 30mW 或更低(见表 1),低于能源之星(V 级)门槛降低90%。

  为什么严格的 CV/CC 容差很重要  目前,小型便携式设备中的电池选择锂离子技术。

该技术的优点是尺寸小、能量密度高、自放电低、尺寸和形状具有很大的灵活性。

锂离子电池一般适合恒流/恒压(CC/CV)充电;每种充电模式的持续时间取决于电池的容量和充电器的性能。

  最基本的形式是,当电池电压很低时,充电器进入恒流(CC)充电模式;此时大部分充电能量都转移到电池上。

一旦电池充电到浮充电压(当电池断开且零电流流动时,电池电压通常在4.2V左右),系统将开始降低充电电流以维持所需的电压——这就是所谓的“恒压”模式。

  虽然实现起来比较简单,但给手机充电其实需要精确控制浮充电压区域,才能获得最大的电池容量,延长电池的使用寿命。

不精确的电池电压调节可能会导致电池充电不足,从而导致电池容量显着减少。

另一方面,如果充电电压过高,电池的循环寿命会大大缩短。

锂离子电池过度充电还会导致设备发生灾难性故障。

  实现30mW目标  对于设计工程师来说,门槛一下子提高了。

不过,如果回想一年多前,当时的情况似乎与现在并没有什么不同。

当时,手机电源供应商设计的恒压/恒流(CC/CV)适配器/充电器备受好评。

在待机模式下,这些适配器/充电器在 VAC 时的功耗为 75mW,在 VAC 时的功耗为 90mW,两种输入电压均符合 EPA 能源之星规范 0.5W。

  虽然30mW是一个非常具有挑战性的要求,但飞兆半导体的第三代PSR PWM产品仍然可以轻松满足。

Fairchild Semiconductor 最新的 FSEZ 器件集成了 V 功率 MOSFET (1A),以节省空间和成本。

其CV/CC容差已从±10%收紧至±5%,而外部电阻器和电容器的数量已从12个减少到5个(3个电阻器,2个电容器)。

  该 PSR PWM 控制器可实现非常精确的 CC/CV 调节,无需其他解决方案所需的次极端电压或电流反馈电路。

对于设计人员来说,在电池充电器应用中使用次极端反馈电路进行 CV/CC 输出调节的传统方法不再具有吸引力,因为其成本高且元件数量多,这意味着更多的电路板空间和更大的充电器。

可满足30mW待机功耗要求的实用手机充电器解决方案

此外,由于次级侧组件的功耗,能源效率也会受到不利影响。

  对于需要外部 MOSFET 的设计,工程师可以选择 Fairchild Semiconductor 的 FANPSR PWM 控制器。

在众多解决方案提供商中,只有飞兆半导体提供独立 + 集成 MOSFET PWM 控制器选项。

  飞兆半导体的IC产品具有节能性能的关键原因在于其采用高压(HV)启动电路、专有的绿色控制模式以及专门开发的TRUECURRENT技术,该技术利用PSR来控制反激式转换器来调整输出没有次级反馈电路的电流。

该控制器使用模拟信号处理和采样技术来调节通过变压器初级侧辅助绕组的输出电压/电流。

使用这种方法,充电器可以实现比传统电路设计更小的外形尺寸、更低的待机功耗和更高的效率。

可满足30mW待机功耗要求的实用手机充电器解决方案

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