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：

• 選擇獨立式＋集成式MOSFET PWM控制器

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做一個簡單的數(shù)學(xué)計算，就很容易理解為什么政府機構(gòu)和手機制造商突然積極致力降低手機充電器的待機功耗了：全球手機用戶超過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之后，仍然讓自己的充電器保持連接狀態(tài)，因而會繼續(xù)耗電。根據(jù)諾基亞的統(tǒng)計，移動設(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我們所有人都十分重要，但除此之外，手機充電器解決方案還必須具有切實的優(yōu)勢，例如合理的成本、易于實現(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PWM控制器、一個MOSFET(如果需要)和多項保護(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，并且無須次級端控制電路。
　　
嚴(yán)格的空載容限
　　
現(xiàn)在的手機用戶要求繁多，包括大尺寸的觸摸屏、數(shù)百萬像素的相機、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，以及即將實現(xiàn)的移動數(shù)字電視。所有這些熱門功能都需要使用電能。手機是經(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，如汽車上的點煙器(電源轉(zhuǎn)換器)、商業(yè)飛機座椅上的電源插座，還有筆記本電腦或臺式機上的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。充電電路其實位于手機內(nèi)部。
　　
手機充電時平均僅需要2W的功率，而筆記本電腦需要近100W，這也是手機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)前的一項關(guān)鍵設(shè)計考慮事項。
　　
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廠商提出的一項自愿性的充電器星級制協(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的耗能量。該星級制從0星級開始，最高5星級。空載下額定待機功耗大于0.5W的充電器為0星級標(biāo)簽，待機功耗小于0.03W(30mW)的為5星級(見表1)。通過比較，大多數(shù)現(xiàn)有手機的待機功耗在150～300mW范圍。
 

這一點十分重要，有必要再次重申：要想獲得5星級標(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%。
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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；每種充電模式的時間長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，充電器進(jìn)入恒流(CC)充電模式；這時大部分充電能量都傳送給電池。一旦電池充電充到浮動電壓(電池斷開，零電流時，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。
　　
雖然實現(xiàn)起來比較簡單，但給手機充電實際上需要對浮動電壓區(qū)進(jìn)行精確的控制，才能獲得最大電池容量，并延長電池使用時間。不精確的電池電壓調(diào)節(jié)可能會使電池充電不足，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)
　　
對于設(shè)計工程師來說，門檻突然被拔高了。不過，不妨回想一下一年多前，那時的情形與現(xiàn)在似乎并無二致。當(dāng)時，手機電源供應(yīng)商設(shè)計出的恒壓/恒流(CC/CV)適配器/充電器大受贊譽。在待機模式下，這些適配器/充電器在120VAC時功耗為75mW，240VAC時為90mW，都滿足美國環(huán)保署能源之星規(guī)范中針對這兩種輸入電壓制定的0.5W的要求。
　　
雖然30mW是一項極具挑戰(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，外部電阻和電容的數(shù)量從12個減少到了5個(3個電阻，2個電容)。
　　
這種PSR PWM控制器可實現(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。對設(shè)計人員而言，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，因為其成本高，器件數(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，由于次級端元件會產(chǎn)生功耗，能效也受到不利影響。
　　
對于需要外部MOSFET的設(shè)計，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，無須次級反饋電路。該控制器使用模擬信號處理和采樣技術(shù)，通過變壓器的初級端輔助繞組來調(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)計更小的外形尺寸、更低的待機功耗和更高的效率。