打印機(jī)AC適配器的設(shè)計(jì)方案的論述

由通用交流適配器供電的消費(fèi)品和PC外設(shè)的數(shù)量正在迅速增長(zhǎng)。該適配器是指能插入頻率在47到63Hz間，提供電壓有效值在90V至264V范圍內(nèi)的交流電插座上的適配器。這些AC適配器體積小巧且提供連續(xù)的超過(guò)50W的輸出功率，從而使許多設(shè)備不再需要內(nèi)置電源。在打印機(jī)等應(yīng)用中，對(duì)峰值功率有較高的要求，它們?cè)诙虝r(shí)間的突發(fā)工作以外，要有相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間都處于待機(jī)模式。這意味著這些應(yīng)用中的AC適配器從滿載到空載必須保持很高的轉(zhuǎn)換效率，以維護(hù)其“綠色”標(biāo)準(zhǔn)。本文描述了一個(gè)打印機(jī)AC適配器的設(shè)計(jì)方案，它基于飛利浦TEA1532GreenChipTMII開關(guān)模式電源(SMPS)控制器，提供60W持續(xù)輸出功率和90W峰值輸出功率。

這類電源標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求輸出電壓為：20V4%，其紋波和噪聲要分別低于350mV和200mV。所謂的“綠色”標(biāo)準(zhǔn)有三點(diǎn)要求：1)在滿負(fù)載(輸出功率為60W時(shí)工作效率應(yīng)該高于80%;2)在待機(jī)模式下(輸出功率為500mW時(shí))，其輸入功率要低于1.25W;3)在空載情況下(打印機(jī)與適配器斷開，但仍與AC線連接)輸入功率要低于700mW。

電源拓?fù)浼軜?gòu)

TEA1532是一種變頻開關(guān)電源控制器，用于直接由整流AC線供電的準(zhǔn)諧振反激式轉(zhuǎn)換器。雖然TEA1532可以工作在連續(xù)模式和非連續(xù)模式兩種模式，但這款A(yù)C適配器選用了準(zhǔn)諧振模式(非連續(xù)模式的邊界上)，因?yàn)檫@種模式的電路拓?fù)浼軜?gòu)容易理解且容易實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定。

TEA1532采用SO8或DIP8封裝，在準(zhǔn)諧振模式下具有真正的谷底轉(zhuǎn)換，以確保改善EMI性能。除具備標(biāo)準(zhǔn)的GreenChipTMII功能外，它還有多功能保護(hù)引腳、欠壓保護(hù)和用以防止連續(xù)模式中出現(xiàn)次諧波振蕩的斜率補(bǔ)償功能。這些功能使設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)便，所需要的外部元器件數(shù)大大減少，保護(hù)功能也極大提高。

TEA1532有一項(xiàng)特殊的功能就是谷底鎖定特性，在大多數(shù)操作環(huán)境下，它能鎖定功率晶體管導(dǎo)通在準(zhǔn)諧振波形中的特定谷底(谷底1、2、3等)。這不僅降低了開關(guān)損耗，也阻止了由于變壓器電流調(diào)制在變壓器中產(chǎn)生的可聞噪音，尤其當(dāng)采用低質(zhì)量膠合芯的低成本變壓器時(shí)更是如此。

如圖1所示，利用不同的谷底開通功率MOSFET，可以在各種工作頻率下提供給定的功率。OCP線代表了過(guò)電流保護(hù)界限，在線的右邊不可能工作。如果負(fù)載增加較慢，電路將繼續(xù)在同一谷底中轉(zhuǎn)換，直至到達(dá)過(guò)電流保護(hù)界限點(diǎn)。然后，TEA1532將重新設(shè)定谷底計(jì)數(shù)器并探尋新的工作模式，采用序號(hào)較低的一條谷底及相應(yīng)的新的開關(guān)頻率和峰值電流。在此過(guò)程中，輸出電壓并不發(fā)生改變。

圖1針對(duì)所給功率，TEA1532能根據(jù)所選擇的谷底序號(hào)，在一個(gè)以上的開關(guān)頻率上工作。當(dāng)對(duì)給定谷底的工作點(diǎn)達(dá)到最小開關(guān)頻率或過(guò)電流保護(hù)(OCP)線，控制器自動(dòng)轉(zhuǎn)換到下一條最低序號(hào)的谷底。

在非連續(xù)模式中，變壓器初級(jí)側(cè)線圈的電流通常在新的循環(huán)開始前要回歸零。TEA1532通過(guò)能提供Vcc供電的輔助線圈感知變壓器磁化。只有在變壓器磁芯完全去磁和感知到適當(dāng)?shù)墓鹊字岛蟛砰_始新的循環(huán)。

TEA1532采用電流模式控制。電流模式控制本身具有良好的交流紋波抑制特性。TEA1532的控制環(huán)路通過(guò)比較變壓器初級(jí)側(cè)線圈上的電流與其“CTRL”引腳上的誤差電壓(該誤差電壓是通過(guò)光隔離器耦合過(guò)來(lái)的)以產(chǎn)生所需的初級(jí)側(cè)線圈“導(dǎo)通”時(shí)間。

在低負(fù)載的情況下，控制器進(jìn)入減頻模式，此時(shí)初級(jí)側(cè)線圈“導(dǎo)通”時(shí)間設(shè)置到最小值，輸出功率由變化的開關(guān)頻率控制，降低工作頻率使開關(guān)損耗減到最低。針對(duì)更低的輸出功率(例如：在待機(jī)和空載條件下)，TEA1532進(jìn)入跳周期模式。只要輸出電壓仍處于較高狀態(tài)，功率開關(guān)晶體管就保持在截止?fàn)顟B(tài)。這個(gè)功能使“空載”功率耗散控制在700mW以下，且無(wú)需額外的電路。在連續(xù)模式下，可實(shí)現(xiàn)空載功率耗散在300mW以下。

元器件選擇

這款設(shè)計(jì)中重要的元器件選擇包括：輸入解耦電容、變壓器(芯尺寸、匝數(shù)比和初級(jí)側(cè)線圈電感)、MOSFET功率開關(guān)、輸出二極管和電容器。