一种替代方案是使用电荷泵电路

2019-06-19 16:37字体:
  

  人们对能源使用效率和节能的关注日益增强,同步整流器(SR)有助于提高将离线交流电源转换为用于USB智能手机电池充电5V电源的效率。在该转换期间,SR控制器集成电路(IC)需要适当的偏置,以便向SR MOSFET提供充足的驱动。USB应用中的偏置电压通常高于4V。由于BC1.2 USB电池充电标准规定电源适配器输出范围为4.1V至6V,因此可以从该输出偏置SR控制器IC,如图1所示。

  

  这种偏置方法简单、容易,几乎没有额外的成本。当输出电压高于4V,工作很好,但当VDD上的电压4V时,SR控制器IC进入欠压锁定(UVLO)状态。这里的问题是,当输出降到4V以下时,SR仍然需要工作。事实上,在USB智能手机应用中输出降至3V之前,SR仍然需要工作。这是因为电池充电操作需要恒流操作,适配器保持提供恒定电流,同时其输出电压下降以帮助如动态功率管理(DPM)期间的电池充电等操作。

  图2说明了典型的5V-3A电源适配器输出特性。当输出降至3V时,操作停止,因为在3V时,锂离子电池不能充电;因此,SR不需要偏置功率。事实上,当在3V出现高电流时,就会识别出故障。

  当输出降至4V以下时,SR关闭,这将导致不良的性能。首先,由于从体二极管传导的电压增加,SR关闭导致恒定的电流偏移,引起不必要的瞬变。其次,流过SR MOSFET(QSR)沟道的电流现在流过其体二极管。产生的较高功率损耗可能导致温度升高,从而导致热失控和损坏。因此,在输出降至3V之前,需要使用其他方法来保持SR。

  一种替代方案是使用电荷泵电路。图3解释了电路中电荷泵的操作。当检测到的输出电压降到4V以下,Vp引脚连接到适配器输出时,电容C2上的VDD电压通过开关S1升高到2x Vp,S2将交替接通/关断。当输出在3V和4V之间时,SR偏置电压VDD保持在6V至8V,从而实现期望的SR偏置电压。

  这种方法需要额外的元件和控制功能来为S1和S2设置正确的时序。您可以将这些元件和控制功能集成到IC中,以简化应用设计,但仍需要三个专用引脚和一个电容器(C1)来实现该功能。

  在反激式转换器工作期间,SR MOSFET漏极引脚施加脉冲序列。在USB智能手机电源适配器设计中,脉冲幅度远高于4V。图4为可用于将线V的线性稳压器,该输出连接到SR控制器VDD引脚。但是,由于必须添加四个附加元件,增加了成本和电路板空间,这种方法变得不太有吸引力。

  由于其成本和复杂性,在USB智能手机充电应用中前两种方法通常不是优先选项,如UCC24636等新开发的SR控制器采用“简单调节器”组成的更简单的偏置方法,如图5所示。

  偏置VDD引脚接受4V至30V的宽电压范围驱动器输出在内部钳位到MOSFET的栅极电压水平10V。这些特性使一个简单的稳压器(外部带有二极管和电阻)就能够在输入和负载范围内将VDD电容器充电到适当的水平。当漏极引脚电压发生脉冲时,二极管(D)对脉冲进行整流,而电阻(R)和电容器(C)使滤出脉冲,以将直流电压和功率提供给VDD。

  表1为基于TI Designs的通用交流输入至5V / 3A输出参考设计的偏置结果,该参考设计采用通用离线A输出反激转换器UCC28704和UCC24636。

  结果描述了高于4.57V的最小控制器VDD电压,即使转换器输出下降到3V,从而保持大量的偏置电压,以保持UCC24636工作。

  当将离线V以用于USB智能手机电池充电时,正确偏置时,SR控制器可以帮助提高效率。



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