AP3700的充电器系统解决方案

    目前，手机充电器有三类主流方案，即集成PWM控制器方案、RCC方案和分立PWM控制器方案。图1是集成PWM控制器方案的典型应用图，变压器输入侧器件数量少，线路简单；输出侧则是由运放和电压基准组成的恒压恒流控制。由于功率器件和PWM器件集成在一个封装内，故散热难、整体成本高。

　　
图1、集成PWM控制器的典型线路

　　图2是自激振荡式（RCC）充电器方案，特点是无专门的控制器来实现脉冲调制，变压器和电容电阻等元件决定了控制方式的可靠性。变压器次边线路与集成PWM控制器方案相同，故不再给出详细线路。

　　RCC方案看上去最简单，但其实电性能不可靠，宽电压范围工作困难，失效率高，批量生产时的良率低。为了可靠起振，功率器件也必须选择价格较高的MOSFET。RCC方案看似简单其实很麻烦。

　　
图2、RCC充电器的典型线路

　　分立PWM控制器方案也是被广泛应用于充电器中。传统的做法是分立的PWM控制器配MOSFET，特点是元件选择灵活、线路多种多样，性能良好，因而被很多人采用。AP3700充电器也属于分立PWM控制器方案，但该方案采用特殊的驱动方式，目的是用普通的NPN 
高压三极管取代了昂贵的MOSFET，降低了总成本。

AP3700充电器方案描述

　　AP3700采用BCD公司的CMOS工艺制成，是射极驱动方式的电流型PWM控制器，驱动普通的高压NPN三极管。该控制器只有三个引脚，即电源端VCC、脉冲输出端OUT和接地端GND，电压反馈输入和电源端VCC合用一只引脚，提高了集成度。抖频技术降低了系统EMI，使得不需要Y电容仍容易满足电磁兼容要求。跳频技术又降低了空载条件下的输入功率。

　　图3是AP3700的充电器方案。AP3700（U1）的脉冲输出脚直接驱动三极管Q1的发射极，电网上电后，U1的OUT脚首先从Q1的发射极获得能量，实现启动。C6、R7和C5是环路补偿元件，再配合恒压恒流元件U2实现对负载端电压和电流的稳定性调节。整体方案具有最好的性能，诸如待机功率、EMI、转换效率、动态特性等性能达到了高性能充电器的指标要求。另外，该方案的器件数量不多，三极管、电容电阻等价格便宜，因而这是一种较佳性价比的充电器方案。

　　
表1、AP3700充电器方案的核心器件列表 

　　
图3、AP3700充电器方的原理图、PCB演示板和实物图

测试结果

　　这里以5V/1A充电器系统为例，介绍主要测试结果。

　　（1）空载输入功率低

　　轻载和空载时，控制器从正常的PWM方式自动切换到“Skip cycle”模式，见图4。在230V电网电压范围内空载输入功率小于0.15W，满足CEC标准规定的极限值0.3W，见图5。

　　
图4、空载/230VAC时的PWM波形

　　
图5、空载时的输入功率与线性电压

　　（2）电源转换效率高

　　电源能效标准很多很乱，非强制性的主要有美国的“能源之星”和欧洲的“蓝色天使”标准；更为苛刻的则是美国加州制定的强制性标准—CEC标准。它规定了电源平均效率必须满足公式0.5+0.09lnPo，而平均效率是0.25Po、0.5Po、0.75Po和Po条件下的加权值。越来越多的制造商都采纳CEC标准，提升产品的档次。

　　AP3700的启动电流和工作电流均很低，分别是0.22mA和0.45mA；电源端工作电压VCC低（3.65V~5.25V），因此启动电阻损耗和控制器损耗都很低，低于0.1W。充电器输出端的主要损耗是限流电阻R14产生的，电流采样端电压Vsense固定为0.2V，输出1A负载电流时损耗为0.2W。AP3700的系统方案很容易满足CEC标准。

    （3）充电特性理想

　　图6给出了充电特性曲线，优点突出：（3.1） 满载-空载的负载调整率好，~0.5%; （3.2） 短路电流小，最大电流就是恒流充电电流；（3.3） 恒流范围宽，1.5V~5.05V。

　　
图6、AP3700的充电特性曲线

    （4）瞬态特性好

　　AP3700采用电流模式控制，且始终保持断续模式运行，这都使得输入-输出的传输函数简单，因而瞬态响应速度快、电压过冲小。图7是是负载动态特性，过冲电压350mV。

　　
图7、AP3700的负载动态特性

    （5）器件温度可靠

　　这里的操作完全是按照严格的测试程序，PCB板安装到标准的充电器外壳里，见图3。在外壳环境温度为40℃时进行老化实验，通过探头测试几个核心器件的表面温度，见表2。

　　
表2、带标准外壳时的核心器件温度

    可以看出，AP3700的表面温度低，功率器件APT13003和APD240的表面温度也在正常规范内。

　　不同方案比较

　　采用TO-92封装的AP3700方案，看上去没有集成PWM控制器解决方案或自激振荡RCC方案简洁，但AP3700方案决不是低端方案，相信上述测试结果已经给人一目了然的印象。下面再作详细对比，见表3。

　　
表3、几种常见充电器方案的综合比较

　　可见，AP3700方案具有低价格、高性能和易生产等优点，能够增强其市场竞争力。