紧凑型大功率充电器

摘要：电池充电器功率正随着电池容量的增加而增大，本文介绍了一种紧凑型大功率充电器的实现方案。

我们的日常生活越来越离不开智能手机和多媒体平板电脑。为了满足日常使用，电池体积和容量正变得越来越大。这意味着必须提升电池的“安时(Ah)”额定值才能支持下一代设备。因此，电池充电器功率也应随电池容量的增加而增大。最新的市场趋势表明，充电器额定功率将从5W上升到10W甚至15W，如图1所示。可见，效率和功耗管理是缩小充电器尺寸的关键因素。

由于高能量密度、低自放电特性及尺寸和外形的高度灵活性，锂离子技术目前是小型便携式设备首选的电池技术。一般而言，锂离子电池单元适用于恒流(CC)和恒压(CV)充电策略。电池电压较低时，充电器工作在CC充电模式下。一旦电池充电至浮充电压时(零电流下的电池电压，通常为4.2V左右)，系统将开始降低充电电流，以维持所需电压，然后切换至CV模式。虽然这种充电过程看上去很简单，实际上它需要对浮冲电压附近的电平进行精确的充电控制，以便使电池容量最大化，同时延长电池循环寿命。如果对电池充电器电压的调节不够精确，则可能导致电池充电不足，并显著降低电池容量，缩短便携式设备的使用时间。此外，如果充电电压过高，那么电池循环寿命将大大缩短。对锂离子单元进行过充电还有可能导致设备发生灾难性故障。精确的电池充电调节可以最大程度地提高电池的使用率，延长电池寿命。

初级端调节(PSR)设计已广泛用于低功率和小尺寸电池充电器。与早期PSR设计相比，新控制器的CC性能要好很多。然而，若仅仅依靠PSR策略进行设计，则随着输出功率的上升，CV将变得难以调节。除了CV调节性能方面的缺陷，仅采用PSR的设计在动态响应方面也不足。实际上，负载调节是纯PSR解决方案的关键问题。虽然新的控制器具有优秀得多的负载调节性能，随着功率上升，仅采用PSR的设计会遇到更多困难。因此，新的解决方案建议将初级端调节与次级端调节结合起来。图2显示此策略的设计理念。采用PSR+SSR解决方案后，旅行适配器或充电器设计便可兼具极佳的CC和CV动态响应以及超低的待机功耗。

待机功耗与IC轻载工作条件以及间歇模式工作有关。受动态响应性能限制，纯PSR设计难以实现较低的待机功耗;为了实现良好的动态响应，最低间歇频率变得相对较高，产生额外开关损耗。此外，PSR设计需要从初级端监控输出电压，因此内部采样模块无法进入休眠模式。这使得IC的内部电流高于SSR设计，后者使用电流反馈。

图3显示纯PSR解决方案与PSR加SSR解决方案的比较分析。FAN104是一款纯PSR解决方案，具有市场上一流的待机功耗和调节性能。FAN302HL是一款PSR加SSR解决方案，能处理更高的功率、更佳的动态响应以及更低的待机功耗。FAN302HL解决方案还具有固定开关频率特性，有助于解决100kHz噪声及其谐波干扰导致的触控面板故障问题。FAN302UL具有更高的频率变化，因此同样适用于紧凑型充电器设计。FAN302UL工作频率为140kHz。

FAN302系列的另一项优点是30V工艺，可实现更宽的输入电压工作范围。另外还提供内部闩锁保护，相比其他采用次级端过压保护的控制器，设计时可节省多个外部元器件，如图4所示。

参考文献：
　　[1] Fairchild最新款移动解决方案[R/OL].http://www.fairchildsemi.com/applications/mobile/
　　[2]纯PSR以及PSR+SSR解决方案[R/OL].http://www.fairchildsemi.com/search/power-management/off-line-and-isolated-dc-dc/primary-side-regulation-cv-cc/
　　[3]纯PSR以及PSR+SSR解决方案[R/OL].http://www.fairchildsemi.com/search/power-management/off-line-and-isolated-dc-dc/primary-side-regulation-cv-cc-w/x