探索EP - 54：2.75W充電器/適配器的設(shè)計(jì)與性能

在電子設(shè)備飛速發(fā)展的今天，充電器和適配器作為不可或缺的配件，其性能和成本一直是工程師們關(guān)注的焦點(diǎn)。今天，我們就來深入探討一款名為EP - 54的2.75W充電器/適配器，它采用了LinkSwitch LNK520P，為低成本充電器/適配器市場(chǎng)帶來了新的解決方案。

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一、設(shè)計(jì)概述

EP - 54充電器/適配器旨在提供5.5V、500mA的輸出，輸入電壓范圍為85 - 265VAC，適用于低成本充電器/適配器應(yīng)用。它采用了LinkSwitch LNK520P器件，該器件集成了700V MOSFET、PWM控制器、啟動(dòng)、熱關(guān)斷和故障保護(hù)電路，優(yōu)化了偏置繞組反饋，相比LNK500，其優(yōu)化的開關(guān)特性和低側(cè)配置提供了更好的EMI性能。

二、電源規(guī)格

輸入?yún)?shù)

• 輸入電壓：85 - 265VAC，2線無保護(hù)接地。
• 頻率：47 - 64Hz，常見的50/60Hz也適用。
• 空載輸入功率：在230VAC ± 10%時(shí)測(cè)量為0.3W。

輸出參數(shù)

• 輸出電壓：5.0 - 6V，在峰值功率點(diǎn)± 20%。
• 輸出電流：375 - 625mA，在峰值功率點(diǎn)± 25%。
• 輸出紋波：電阻負(fù)載時(shí)為150 - 300mV，電池負(fù)載時(shí)為375mV。
• 總輸出功率：2.06 - 3.43W，連續(xù)輸出功率為2.75W。
• 效率：在2.75W輸出功率、25°C時(shí)測(cè)量大于65%。

環(huán)境與安全

• 傳導(dǎo)EMI：符合CISPR22B / EN55022B標(biāo)準(zhǔn)，無需Y1安全電容。
• 安全設(shè)計(jì)：滿足IEC950/UL1950 Class II標(biāo)準(zhǔn)，能承受1.2/50μs浪涌（2kV）和100kHz環(huán)形波（2kV）。
• 環(huán)境溫度：0 - 40°C，在提供的外殼中，自由對(duì)流，海平面條件下。

三、電路設(shè)計(jì)

輸入級(jí)與EMI濾波

輸入級(jí)采用橋整流器D1 - D4對(duì)交流輸入進(jìn)行整流，C1和C2進(jìn)行平滑處理，電感L1形成π - 濾波器以衰減差模傳導(dǎo)EMI。電阻RF1為熔斷式、防火類型，提供初級(jí)側(cè)短路和線路浪涌保護(hù)，并提供額外的差模EMI濾波。開關(guān)頻率為42kHz，允許使用簡(jiǎn)單的EMI濾波器，無需Y電容即可滿足國(guó)際EMI標(biāo)準(zhǔn)。

LinkSwitch初級(jí)與輸出反饋

LNK520P實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)和自動(dòng)重啟（輸出保護(hù)）操作、輸出恒壓（CV）和恒流（CC）控制。當(dāng)電源接通時(shí)，高壓直流出現(xiàn)在LinkSwitch的DRAIN引腳，CONTROL引腳電容C5通過內(nèi)部連接在DRAIN和CONTROL引腳之間的開關(guān)高壓電流源充電。當(dāng)CONTROL引腳達(dá)到約5.6V時(shí)，內(nèi)部電流源關(guān)閉，內(nèi)部控制電路激活，高壓MOSFET開始開關(guān)。

輸出整流

輸出整流由肖特基二極管D7提供，其低正向電壓在整個(gè)工作范圍內(nèi)提供高效率。低ESR電容C6實(shí)現(xiàn)最小輸出紋波并最大化工作效率。

四、變壓器設(shè)計(jì)

規(guī)格參數(shù)

• 電氣強(qiáng)度：從引腳1 - 5到引腳6 - 10，1秒、60Hz時(shí)為3000VAC。
• 初級(jí)電感：引腳1 - 2，所有其他繞組開路，在100kHz、0.4VRMS時(shí)測(cè)量為2.52mH，±10%。
• 諧振頻率：引腳1 - 2，所有其他繞組開路，最小為400kHz。
• 初級(jí)漏電感：引腳1 - 2，引腳6 - 7短路，在100kHz、0.4VRMS時(shí)測(cè)量最大為80μH。

材料與構(gòu)建

變壓器采用EE16磁芯，使用多種規(guī)格的磁線、箔和膠帶進(jìn)行繞制。在構(gòu)建過程中，需要注意線規(guī)選擇、繞組順序和絕緣處理，以確保變壓器的性能和EMI特性。

五、性能表現(xiàn)

效率

在不同輸入電壓和輸出負(fù)載下，效率均能保持在較高水平。在室溫、60Hz輸入頻率下，滿載時(shí)效率與輸入電壓和輸出電流的關(guān)系曲線顯示，效率大于65%。

空載輸入功率

在不同輸入電壓下，空載輸入功率較低，在230VAC時(shí)約為0.3W。

調(diào)節(jié)特性

在不同輸入電壓和負(fù)載電流下，輸出電壓能保持相對(duì)穩(wěn)定，具有良好的線電壓和負(fù)載調(diào)節(jié)特性。

熱性能

在85VAC、輸出負(fù)載為0.5A的最大功率點(diǎn)下運(yùn)行12小時(shí)后，LinkSwitch和輸出二極管的溫度分別達(dá)到53°C和66°C（無外殼），在封閉外殼內(nèi)運(yùn)行時(shí)，溫度會(huì)額外上升15°C，但仍在可接受的工作范圍內(nèi)。

波形與紋波

通過示波器測(cè)量，展示了正常運(yùn)行時(shí)的漏極電壓和電流波形、輸出電壓?jiǎn)?dòng)特性、負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)和輸出紋波等。在測(cè)量輸出紋波時(shí)，需要使用特殊的示波器探頭以減少雜散信號(hào)。

傳導(dǎo)EMI

在最壞情況下（230VAC、滿載、5.5V/0.5A）進(jìn)行傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試，測(cè)試樣品在復(fù)合準(zhǔn)峰值和平均值限制以下具有大于10dBμV的裕量，表明其在高頻發(fā)射方面有顯著的衰減。

六、替代設(shè)計(jì)

附錄A中介紹了一種采用簡(jiǎn)化EE16變壓器結(jié)構(gòu)的替代設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)使用集成偏置和雙繞屏蔽，提高了效率（從66%提高到70%），但需要增加二次緩沖電路來減少高頻EMI。其性能與原設(shè)計(jì)相似，包括輸出紋波、波形和熱性能等。

七、總結(jié)與思考

EP - 54充電器/適配器以其低成本、高集成度和良好的性能，為電子設(shè)備的電源供應(yīng)提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。在設(shè)計(jì)過程中，工程師們通過優(yōu)化電路和變壓器設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了高效的電源轉(zhuǎn)換和低EMI特性。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，我們還需要考慮一些因素，如不同負(fù)載類型對(duì)啟動(dòng)性能的影響、變壓器設(shè)計(jì)的微小變化對(duì)EMI的影響等。你在實(shí)際設(shè)計(jì)中是否遇到過類似的問題？你又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。