應用的範圍包括：掌上型電子式產品
、PDA、MP3播bo放fang器qi和he數shu碼ma相xiang機ji等deng。然ran而er多duo數shu的de充chong電dian器qi大da多duo采cai用yong次ci級ji端duan反fan饋kui控kong製zhi的de方fang式shi調tiao節jie輸shu出chu，這zhe種zhong控kong製zhi的de方fang法fa並bing無wu法fa減jian少shao組zu件jian數shu目mu，提ti升sheng效xiao率lv與yu縮suo小xiao體ti積ji，而er且qie難nan以yi降jiang低di本ben錢qian，於yu是shi新xin架jia構gou的de低di級ji端duan調tiao節jie控kong製zhi便bian衍yan生sheng出chu來lai。本ben篇pian文wen章zhang在zai探tan討tao一yi個ge專zhuan利li技ji術shu叫jiao做zuo“低級端調節控製器（Primary Side Regulation， PSR）”，這種PSR控製器不需要次級真個反饋線路便可在低級端精準地控製充電器輸出的CV/CC，實現省電、高效率和低本錢的電源。這種PSR不僅包含了跳頻（Frequency hopping）機製來降低EMI，更包括了省電模式（GREEN mode function）降低待機時的電源消耗。根據實驗的結果

，這種具有低級端調節控製的充電器相對於傳統采用RCC或PWM的控製方法
，更可以達到低本錢、省電和高效率的電源， 所以這種PSR控製方法提供電源朝向低本錢的最佳解決方案。

 

圖1為傳統反激式轉換器的電池充電器應用範例，它包含了次級端CV控製線路與CC控製線路，光耦合器的作用在耦合次級真個控製信號到低級真個PWM控製器，PWM控製器會根據次級真個控製信號調整 MOSFET 的(de)開(kai)關(guan)周(zhou)期(qi)大(da)小(xiao)

，達(da)到(dao)隨(sui)次(ci)級(ji)端(duan)負(fu)載(zai)改(gai)變(bian)時(shi)仍(reng)然(ran)可(ke)以(yi)穩(wen)定(ding)輸(shu)出(chu)負(fu)載(zai)所(suo)需(xu)的(de)電(dian)壓(ya)與(yu)電(dian)流(liu)。這(zhe)種(zhong)控(kong)製(zhi)方(fang)法(fa)的(de)缺(que)點(dian)在(zai)於(yu)需(xu)要(yao)有(you)較(jiao)多(duo)的(de)次(ci)級(ji)端(duan)控(kong)製(zhi)組(zu)件(jian)，而(er)這(zhe)意(yi)味(wei)著(zhe)必(bi)須(xu)有(you)較(jiao)多(duo)的(de)PCB板空間與較高的本錢；除此之外，光耦合器有可能造成漏電的潛伏危險
，並且二次端偵測輸出電流的電阻Ro將增加功率的損耗而降低整體電源的效率。

 

　　

圖1.傳統采用次級端控製線路的返馳式轉換器

 

 

圖2為采用低級端調節控製的反激式轉換器設計範例。PSR控製器為了獲得次級端輸出電壓的信息，采用獨特的方式偵測變壓器輔助繞組上的波形
，以獲得次級真個輸出信息進行反饋控製。圖3所示為主要的工作波形。

 

　　

圖2.采用PSR控製的返馳式轉換器電路圖

 

對於采用PSR控製器的反激式（flyback）轉換器工作於不連續導通模式之下會獲得較好的輸出調節能力。因此轉換器的工作原理如下：

 

·當PSR內部的MOSFET導通時［ton］，輸進端電壓VIN會建立在變壓器的兩端，因此變壓器低級真個電流iP將會由零線性地上升到ipk.；所以ipk.可以由式（1）推導出。在這段期間
，輸進真個能量會儲存在變壓器中。

 

·當MOSFET截止時［toff］，yuanbencunchuzaibianyaqidenenglianghuishicijizhengeerjiguandaotong，jiangnengliangchuangeifuzaiduan。zaizheduanqijian，shuchuzhengedianyayucijiduanerjiguandeshunxiangdaotongdianyajianghuifanshedaofuzhuraozu，yincikejiangfuzhuraozudianyaVAUX表示為式（2）。此時PSR內部的采樣機製將會采樣輔助繞組上的電壓，而輸出電壓的信息將會隨次級端電流減少而得知。PSR取得輸出電壓的信息後會與內部參考電壓VREF比較
，形成一個電壓回路控製MOSFET的導通時間以穩定恒定的輸出電壓。

 

·當次級真個輸出二極管上的電流減少為零時，此時輔助繞組上的電壓會由於變壓器的電感與MOSFET上輸出電容COSS產生諧振，直到MOSFET再次導通。

 

  （1）

 

  （2）

 

其中LP為變壓器低級真個感量
；ton為MOSFET的導通時間；NAUX/NS為變壓器輔助繞組與次級端繞組的圈數比；VO為輸出電壓；VF為次級端輸出二極管的正向導通電壓。

 

圖.3

 

這個采樣的方式同樣可以取得變壓器的放電時間tdis，如圖3所示，次級端輸出二極管上的電流均勻值會即是輸出電流IO，因此輸出電流IO可以藉由ipk與tdis表示為式（3）。

 

  （3）

 

其中tS為PSR控製器的開關周期；NP/NS為低級端與次級真個圈數比；RSENSE為低級端電流取樣電阻。

 

實際實現一個5W的充電器，輸出規格的定義為5V/1A。控製器采用FSEZ1216，這個PSR控製器集成了600V的高壓MOSFET
，因此可以減少驅動MOSFET的線路與PCB走線的幹擾。而為了要降低待機損耗

，PSR控製器內部的省電模式將會在輕載時線性地降低PWM的頻率
，達到目前電源規範省電的需求；跳頻機製提升EMI的效能，同時充電器的輸出電壓會因配備較長的輸出纜線而導致輸出電壓降低
，也可利用內部補償機製提升輸出電壓的調節能力。

 

如圖4至7為實驗結果，從圖4的輸出電壓電流曲線中
，可以獲得在通用交流電壓的輸進之下輸出真個恒定電壓調節率可以達到正負2.88%；而當返回電壓（fold-back voltage）為1.5V時，輸出真個恒定電流調節率可以達到正負1.75%，其中在恒電流的範圍中的輸出電壓是藉由5V~28V VDD的電壓控製且在輸出電壓越來越低時仍然可以穩定恒定輸出電流。如圖5所示，均勻效率可以達到72.3%@115V與71.5%@230V
，可以輕易符合“能源之星”2.0等級五的能源規範（規範為68.17%的均勻效率）。由於PWM的切換頻率加進了跳頻機製，因此可以將單一頻率的能量打散為多個微調頻率的能量提升整體的EMI能力
，如圖6所示可以符合EN55022等級B的EMI規範。

 

　　

圖4.5W充電器采用PSR控製的輸出電壓/電流曲線

 

　　

圖5.5W充電器采用PSR控製在不同輸出負載時的效率

 

　　

圖6.5W充電器采用PSR控製在不同輸進電壓時的待機損耗

 

圖7.5W充電器采用PSR控製在230V/50Hz最大輸出瓦數時的EMI

 

 

隨著全球關注綠色能源的開發，電源的效率也逐漸獲得重視，具有半導體控製的電源IC扮演一個提升效率的重要角色，藉由電源IC嶄新的控製技術使電源能節省整體的本錢
、降低不必要的切換損失與提升EMI的能力，以達到“輕薄短小”的(de)目(mu)標(biao)。本(ben)篇(pian)文(wen)章(zhang)敘(xu)述(shu)一(yi)個(ge)具(ju)有(you)嶄(zhan)新(xin)低(di)級(ji)端(duan)調(tiao)節(jie)控(kong)製(zhi)技(ji)術(shu)的(de)應(ying)用(yong)在(zai)電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)器(qi)上(shang)所(suo)展(zhan)現(xian)的(de)優(you)點(dian)，此(ci)技(ji)術(shu)利(li)用(yong)采(cai)樣(yang)變(bian)壓(ya)器(qi)低(di)級(ji)真(zhen)個(ge)輔(fu)助(zhu)繞(rao)組(zu)上(shang)的(de)電(dian)壓(ya)達(da)到(dao)輸(shu)出(chu)真(zhen)個(ge)恒(heng)定(ding)電(dian)流(liu)與(yu)恒(heng)定(ding)電(dian)壓(ya)的(de)調(tiao)節(jie)，這(zhe)樣(yang)的(de)優(you)點(dian)可(ke)以(yi)節(jie)省(sheng)傳(chuan)統(tong)采(cai)用(yong)次(ci)級(ji)端(duan)反(fan)饋(kui)線(xian)路(lu)、光藕合器與次級端偵測電流電阻等組件，因此采用低級端調節控製IC的充電器是可以提供高效率與低本錢的電源一個最佳解決方案。

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