- TH102手機充電器解決方案設計
- 與兩款手機充電器競爭方案的比較
- 三種充電器均采用單端反激式變換電路
- TH102需外置高阻電阻、開關功率管
- 采用光耦隔離反饋電路
概述
本文涉及TH102手機充電器解決方案設計技術細節，以及與兩款手機充電器競爭方案（POWER INTEGRATIONS INC的TNY264，ST的PIVer12A）的比較。
變換電路拓撲結構
TH102、TNY264、PIVer12A手機充電器均采用單端反激式變換電路；輸入整流濾波電路、輸出整流濾波電路也一致。手機充電器電源輸入端串聯電阻（圖2，R1；圖3，R1；圖5，RF1；圖7，R1）為保險電阻；輸入濾波電路采用CLC濾波電路（圖2、圖3中C1、L1、C2；圖5中C1、L1、L2、C2；圖7中C1、I1、C2；其中TNY264的L2加強了高頻濾波），可以滿足EMC檢測；輸出濾波電路也采用CLC濾波電路，保證較小的輸出紋波。
圖1、TH102原理框圖
圖2、TH102手機充電器方案一
圖3、TH102手機充電器解決二
IC工藝
TH102采用雙極工藝，需外置開關功率管，但成本較低廉；TNY264和PIVer12A均采用先進的700V高壓MOS工藝，內置MOS開關功率管，但目前成本較高。
啟動電路
TH102需外置高阻電阻（圖2、圖3中R2）、開關功率管（圖2、圖3中Q1），在TH102的控制下完成啟動；TNY264和PIVer12A均采用內置可控高壓電流源供給啟動電流，工藝先進。
待機功耗或零負載功耗
TH102零負載功耗包括：高壓啟動電阻（圖2、圖3中R2）靜態功耗，約30mW左右；開關功率管開關損耗；磁復位損耗，圖2、圖3采用RCD電路（圖中R5、C5、D5）損耗較大，若采用齊納二極管磁復位電路能降低損耗，但成本較高；開關變壓器開關損耗；TH102工作損耗；和輸出反饋損耗；按圖2、圖3方案，零負載功耗小于0.3W，圖中D8在零負載和小負載時將增大開關周期，減小開關功率管開關損耗。
TNY264零負載功耗包括：內置MOS開關功率管開關損耗，由于MOS開關功率管開關速度比雙極開關功率管快，因而開關損耗也小；磁復位損耗，圖5采用齊納二極管磁復位電路（圖中D5、VR1、C3）；開關變壓器開關損耗；TNY264工作損耗；和輸出反饋損耗；由于TNY264每個開關周期均為最大輸出周期，因而在零負載和小負載時TNY264開關周期將變得很大，因而MOS開關功率管開關損耗減小，零負載功耗會很小，但如反饋、變壓器等設計不好，紋波將增加，或采用經濟的RCD電路時零負載功耗顯著增加。
PIVer12A零負載功耗包括：內置MOS開關功率管開關損耗；磁復位損耗，圖7采用齊納二極管磁復位電路；開關變壓器開關損耗；PIVer12A工作損耗；和輸出反饋損耗。
盡管TH102方案待機功耗不如TNY264和PIVer12A，但小于0.3W和低價位，具有更高的性價比。
輸出電壓基準和反饋
TH102采用穩壓管、光耦發光管（圖2中Z1、U3、RZ）為輸出電壓基準，RZ基于光耦發光管壓降為Z1提供基電流，改變該基電流（既改變RZ）可小幅改變Z1穩壓值，因此，若需較高精度輸出電壓可調校RZ，調校RZ可采用成批穩壓管分為幾檔，每檔穩壓管對應一個RZ；或TH102采用TL431（圖3中U2、R6、R7、R8、R9、R10、C9）電路為輸出電壓基準，基準精度較高和無需調校。TH102采用光耦隔離反饋電路（圖2中Z1、U3、RZ、C4，圖3中U2、R6、R7、R8、R9、R10、C9、C4）。
TNY264采用穩壓管、光耦發射二極管為輸出電壓基準和光耦隔離反饋電路。
PIVer12A采用穩壓管、光耦發射二極管為輸出電壓基準和光耦隔離反饋電路。其光耦隔離反饋電路原理與TH102相似。
變壓器
TH102、TNY264、PIVer12A變壓器設計基本相似，而且價格也相當，變壓器有主繞組、參考繞組、和輸出繞組，繞組之比需考慮退磁電壓、TH102或TNY264或PIVer12A的工作電壓、輸出電壓、整流二極管壓降，退磁電壓設計還需顧及整流二極管耐壓；TH102變壓器設計，輸出整流二極管1N5819，EE13磁心，退磁電壓75V，工作電壓10V，輸出電壓5.5V，則繞組之比為150：22：12，主繞組4mH。
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輸出濾波電容和紋波電流
TH102、TNY264、PIVer12A在輸出電壓和輸出電流相同時，按參考設計其濾波電容的紋波電流基本相同，如輸出5.5V@500mA則紋波電流略小于500mA，輸出一次濾波電容應選擇能耐500mA的低ESR電解電容。
安全保護
TH102、TNY264、PIVer12A均有過載、短路等保護，但圖5和圖7還依然設有分立元件過載保護電路（圖5中U2、Q1、R3、R4、R5、VR3、其中R5輸出電流檢測；圖7中T1、R5、R6、R7、R8、C8，其中R6、R7、R8輸出電流檢測），原因在于按TNY264、PIVer12A內MOS開關功率管400mA的能力，不是輸出電流遠大于需要電流就是變壓器有飽和輸出隱患，而且輸出電流越大其輸出紋波電流也越大，濾波電容將承受更大的紋波電流，因此需額外設置電路加以保護。而TH102通過IS功率管電流輸入端的電流檢測電阻（圖2、圖3中R3）和防過載防飽和技術較嚴格地限制功率管和變壓器電流，雖然隨著輸入電壓和輸出負載的變化，最大輸出電流相對較寬，但最大輸出紋波電流確比較穩定，完全可以保證手機充電器的安全；如因手機要求確需較嚴格的輸出電流限制，可以采用圖5和圖7中保護電路。
圖4、TNY264原理框圖400mA,132KHz
圖5、TNY264手機充電器
圖6、VIPer12A原理框圖400mA,60KHz
圖7、VIPer12A手機充電器
應用指南：某款充電器部品清單，輸出5.5V
5.5V繞組采用Φ0.40mm三層絕緣線；需去掉EE13腳：Pin3、Pin6、Pin7、Pin9、Pin10；安規要求：3700Vac,1mA。
