标签: 电源适配器

在当下这个高速运转的数字时代，笔记本电脑已成为我们日常工作、学习及娱乐不可或缺的重要伴侣。而支撑这些设备持续稳定运行的，正是其背后的电源适配器。对于电源适配器而言，安全性和稳定性至关重要，其中，光耦（光电耦合器）作为其核心组件，发挥着至关重要的作用。 光耦概述 光耦，又称光电耦合器，是一种利用光信号实现电气隔离的精密器件。它巧妙地将输入的电信号转换为光信号，并通过内置的光电传感器将其重新转换为电信号，从而在输入和输出电路之间建立起一道坚实的电气隔离屏障。这种设计不仅有效规避了电源适配器中的高压风险，还确保了信号的稳定传输。 光耦在笔记本电源适配器中的关键作用 提升安全性，隔离高压与低压： 笔记本电源适配器的核心任务是将高压交流电（如220V）转换为笔记本电脑所需的低压直流电。在此过程中，高压与低压电路之间的隔离至关重要。光耦凭借其光信号隔离电路的设计，在高压端和低压端之间构筑起一道绝缘屏障，有效防止电网中的高压意外传输至笔记本电脑，从而确保用户的人身安全。 增强稳定性，精准控制电源输出： 笔记本电脑需要持续稳定的电压和电流供应，以避免因电压波动导致设备损坏或运行故障。光耦能够在保持电路隔离的前提下，接收并传递反馈信号，使电源适配器能够实时监控电压变化，并通过反馈调节控制电路，确保笔记本电脑始终获得稳定、可靠的电源供应。 优化抗干扰性能，提升使用体验： 在电源适配器的工作环境中，电磁干扰和噪声信号是不可避免的。这些干扰可能会对电网的工作产生影响，甚至导致电压失稳。然而，光耦的工作原理决定了其能有效抵抗电磁干扰，确保信号的纯净传输。其高度的抗干扰能力确保了电源适配器在复杂环境下依然能够稳定运行，从而提升用户使用笔记本时的整体体验。 光耦的不可或缺性 在电源适配器紧凑而复杂的结构中，光耦虽然不起眼，但却扮演着至关重要的角色。无论是保护笔记本和用户的安全，还是确保电源输出的稳定性，光耦都发挥着不可替代的作用。它不仅提升了电源适配器的技术含量，还为我们日常的设备使用提供了坚实的保障。 随着笔记本电脑的广泛普及，用户对电源适配器的安全性和稳定性提出了更高的要求。光耦作为笔记本电脑电源适配器中的重要元件，凭借其独特的电气隔离与抗干扰特性，在现代电源适配器中发挥着举足轻重的作用。它不仅提高了电源适配器的安全性，还提升了电源传输的稳定性，成为我们无忧使用笔记本电脑的重要基石。

样机方案介绍 样机是一款全电压实现12V1A输出的电源适配器。AC90V满足启动时间的条件下，实现AC264V样机待机功耗仅为74mW；同时效率能够满足最严格的“COC_V5_T2” 能效标准；全电压可实现±5%的CC/CV输出精度。样机具良好的恒流输出效果；同时具有“软启动、OCP、SCP、OVP、OTP自动恢复”等多种保护功能。 一、样机特性 1、整机参数： 2、保护功能测试： 二、样机结构： 1、原理图 2、PCB 布局&布线： 三、性能测评： 1、待机功耗 2、效率测试 3、线性调整率和负载调整率 CR6267SG芯片介绍 CR6267SG是一款高性能原边检测控制的PWM 开关，待机功耗小于75mW。CR6267SG内部采用了多模式控制的效率均衡技术，用于优化芯片系统待机功耗和提升效率，同时采用了初级电感量补偿技术和内部集成的输出线电压补偿技术，保证了芯片在批量生产过程中CC/CV 输出精度， 内置的全电压功率自适应补偿技术保证了系统在全电压范围（90Vac~264Vac）内输出恒定的功率。 CR6267SG集成了多种功能和保护特性，包括欠压锁定（UVLO），VDD 过压保护（OVP），软启动，过温保护（OTP），逐周期电流限制（OCP），CS 引脚悬空保护，输出短路保护，内置前沿消隐电路，使得芯片具有更高的可靠性。 主要特点 ●CR6267SG 内置650V 高压功率MOSFET，反激式原边检测PWM 功率开关； ●SOP8 封装，一侧引脚（5-8）全为内置MOS 漏极，方便散热设计； ●内置软启动，减小MOSFET 的应力，内置斜坡补偿电路； ●低功耗以及良好的负载动态特性； ●具有良好的EMI 特性； ●具有“软启动、OCP、SCP、OTP、OVP”等多种保护功能； ●原边反馈，无需光耦和TL431,可调式线损补偿,IC 基准精度±1%； ●电路结构简单、较少的外围元器件，适用于小功率AC/DC 电源适配器、充电器。 基本应用 ●小功率电源适配器 ●蜂窝电话充电器 ●数码相机充电器 ●电脑和服务器辅助电源 ●替代线性调整器和RCC 引脚分布 典型应用

安森美 | 高能效、小外形的240W电源适配器参考设计 电源适配器的发展趋势是高频高密度及小型化，为了满足散热的要求，高效率是最重要的指标之一，所以对于数百瓦的电源方案，图腾柱PFC及LLC架构是目前最好的选择。 电源适配器的发展趋势是高频高密度及小型化，为了满足散热的要求，高效率是最重要的指标之一，所以对于数百瓦的电源方案， 图腾柱PFC及LLC架构 是目前最好的选择。 安森美(onsemi) 最新推出的 240 W图腾柱PFC配合最新的电流模式LLC控制器所做的48V5A参考设计 (图1)，在230Vac和48V输出条件下，四点平均能效达到 94.76% ，在230Vac和48V5A时，效率高达 96.5% , 待机功耗在300mW以下，且PCBA尺寸仅89mm x 53mm x 21 mm，功率密度为39.7W/立方英寸，并且采用低成本的双层PCB设计，是下一代PD3.1 EPR多口快充、工业通信电源、电动工具快充等的理想选择方案。 图1：240W图腾柱PFC配合高频LLC控制器的超高密度电源适配器参考设计方案 该方案的PFC使用NCP1680 CRM模式，具有谷底同步频率反走的图腾柱PFC控制器，配合2只65mohm的SJ FET和2只50mohm的drive GaN，组成高效的PFC电路（图2），在90Vac和满载情况下PFC的效率高达97%, 在后级轻载模式下PFC自动进入间歇工作模式以降低开关损耗。 图2：240W图腾柱PFC电路原理图 PWM部分使用安森美的NCP13994高频电流模式LLC 控制器及2只75mohm的drive GaN组成。同步整流控制器使用两只NCP4306独立控制每一路输出，使得layout非常简单合理，输出整流采用120V,4mohm的SJ FET FDMS4D0N12C（图3）。 提高工作频率可缩小电源尺寸，该LLC设计的谐振频率在200KHz左右，在PFC输出为390V、输出满载的情况下，LLC实际工作频率达~175 KHz。为了提高LLC轻载的效率，LLC被设计在标准skip模式下工作，并且skip in和skip out的负载点可以通过两个外部电阻任意设定。LLC的brown out功能是通过PFC OK端子产生的对应于PFC输出的电流源产生的电压，再通过VBULK脚的外部分压电阻来任意设定，由于PFCOK的最高输出电压只有5V，所以这个外部的分压电阻产生的损耗可以或略不计。 PFC和LLC的启动电压都是通过LLC的高压恒流源来提供，由于PFC的启动电压低（10V左右），所以当LLC的高压恒流源给VCC电容充电到PFC的Vcc_on电压后PFC开始工作，PFC的输出电压开始上升，同时LLC的高压恒流源继续给Vcc电容充电, 在到达LLC的Vcc_on电压以前PFC的输出电压达到正常值，PFCOK信号正常，VBULK电压达到1V门限电压以上，这时VCC电压升到Vcc_on的开启电压后LLC开始工作， 整个启动工作完成进入正常操作状态。 变压器初次级各有一个独立的绕组经全波整流后给初级及次级供电。由于次级同步整流IC的VCC电压及参考基准NCP431的电压限制，为了降低不必要的损耗加上了次级的辅助供电绕组。 图3：LLC部分DC-DC原理图 能效测试 该方案在全电压范围段的输入功率小于300mW, 待机功耗，48V下PF曲线及满载能效曲线如下图4。PFC的输入电压电流波形及LLC的轻载SKIP波形如图5和图6。 图4：待机功耗和能效曲线 图5：TPPFC的操作波形 图6：LLC的SKIP波形 安全保护功能 该高频高密度电源方案集成丰富的安全和保护功能，包括：过压保护(OVP)、过流保护(OCP)、短路保护(SCP)、过温保护、开环保护、X2电容放电等。 OVP和OTP保护可以通过LLC fault脚外部的稳压管及NTC来设定。OCP及SCP可以通过LLC的CS脚的电流取样电路来设定，开环保护通过FB的最大电压检测来实现。 热性能测试 由于非常高的效率，该方案在没有加任何导热材料及主动散热的情况下，靠自然散热得到下列的热成像图（图7），该热成像图是在满载工作30分钟后测得。 图7：240W超高密度电源适配器参考设计热成像

GaN晶体管拥有开关速度快、效率高等优势，本方案结合Transphorm公司的GaN FET和士兰微电子的有源钳位反激式（ACF）PWM控制器，实现了94.5%的峰值效率和30W/in3的无封装功率密度，用于笔记本电脑、平板电脑、智能手机和其他终端设备的电源供电。 图1.65W USB Type--C Power Delivery（PD）适配器 方案介绍 本方案结合Transphorm的SuperGaN第四代平台（Gen IV）与士兰微电子的有源钳位反激式（ACF）PWM控制器，实现了开放式架构的65W USB Type-C Power Delivery（PD）充电器，性能超过了目前使用硅MOSFET或e-mode GaN晶体管的同类解决方案，而且体积更小。主要性能如下： 输入电压：90-265VAC 输出电压：5V、9V、15V、20V 最大输出功率：65W 输出端头：USB Type-C PD 效率：》94％ 图2.　65W USB Type--C Power Delivery（PD）充电器电路图 输入保护方面，方案采用了一个慢动作（slow-acting）输入保险丝F1，保护下行元器件破坏性失效情况的发生；压敏电阻RV1用来吸收来自电源线的突波并减少来自下行元件的电压过冲，NTC热敏电阻用于浪涌电流保护。 为了满足EN55022标准并保留足够裕量，方案采用了由C１电容器、共模扼流圈L１、变压器T１组成的EMI滤波器电路。 方案采用SZ1130全集成有源钳位反激控制器提供全面故障保护，包括输入欠压停止(UVLO)保护、输入过压停止(OVLO)保护、内部过温保护(OTP)、外部过温保护(OTP)、峰值电流限制(PCL)、过功率保护n(OPP)、输出短路保护(OSC)等。 芯齐齐BOM分析 方案BOM表元器件总数131个，包括来自Transphorm公司的TP65H300G4LSG　SuperGaN FET，来自士兰微电子的SZ1130有源钳位反激控制器。 芯齐齐BOM分析工具显示，SuperGaN FET采用PQFN88封装，是具有顶级栅极坚固性的650V 240mΩ器件。不同于增强型（e-mode）器件，GaN FET不需要额外的偏置轨或电平转换器等保护性外部电路——这一优势可以提高效率。这些特性和其他功能进一步提高了适配器系统的整体功率密度，并降低材料清单（BOM）成本。 图3. 方案TBOM表 SZ1130是全集成ACF PWM控制器，将自适应数字PWM控制器、有源钳位FET、有源钳位栅极驱动器和UHV启动稳压器集于一体。与其他准谐振（QR）控制器方案相比，SZ1130性能更高，设计简单，PCB占位小。 WT6633P是来自的USB PD控制芯片，采用QFN-16封装，通过了高通Quick Charge 4和Quick Charge 4+测试认证。该芯片内建稳压器，工作电压3-24V，支持PPS规格，用于包含笔电、2合1装置、平板及智能手机在内的USB Type-C产品电源供应器，以及USB Type-C周边配件如车充、行动电源、延长线、连结基座与dongle。 电容器中，电路标号C10采用0805规格的150pF 200V NPO电容器，C1为220nF的X２类陶瓷安规电容器，C5、C6、C20为560uF 20%的引线型铝电解电容器，C21为68uF 80V　20%引线型铝电解电容器，C33为47uF 20%　16V的径向引线铝电解电容器，其余全部采用X7R　MLCC。 除了共模扼流圈L１和电源变压器L２要按照按要求定制，其他元器件均为标准品，可按照BOM表中的料号选购或从硬之城（allchips）一站购齐。

USB充电是重要且不断增长的应用，但要同时满足高能效和尺寸要求却是极具挑战的。本方案以新的控制器和驱动器提供创新的功能，能显著减少高能效AC-DC电源的物料单（BOM）含量，尤其是在100W以上的负载范围，包括智能手机、笔记本电脑适配器。 方案简介 本方案采用Type C接口，支持90-264Vac电压输入，I/O隔离3kV，输出电压5V/3A、9V/3A、12V/3A、15V/3A、20V/5A。方案具有自适应欠压保护（UVP）、过压保护（OVP）、短路保护（SCP）、过热保护（OTP）等功能，电源效率高达92.9%，纹波<60mV，待机功耗<50mW(未插电)，PCBA尺寸60mm x 60mm x 19mm。 本方案采用准谐振反激式（QR flyback）拓扑，核心元件包括NCP1623 VSFF PFC控制器，带有瞬变峰值漂移功率的NCP1343多模HF PWM控制器, NCP4307同步整流控制器，以及FCMT199N60/FCMT250N65/FDMS86180/NTTFS4C02 MOSFET。 该设计采用DFN4X4封装的FUSB15101 PD3.0/PPS协议控制器，用双辅助电源支持PWM控制器。在低输出电压时，该PWM控制器由高压辅助电压供电，而在高输出电压时由高压辅助电压供电。 NCP1632集成了一个双MOSFET驱动器，用于交错式PFC应用。交错由并联的两个小级组成，代替了一个难以设计的更大级。NCP1632驱动器为180°移位相位，可大大降低电流波纹。 NCP1343准谐振反激式控制器具有专有的谷值锁定电路，可确保稳定的谷值切换。该系统可以在低至第六谷值下工作，并转换到频率折返模式以减少开关损耗。随着负载降低，NCP1343可以进入安静跳跃模式以管理功率输出，同时最大限度地降低噪声。 NCP4307可在多种高性能开关电源拓扑中与同步整流（SR）MOSFET一起使用。该器件将从内部一个200V CS引脚自供电，实现上桥配置和低VOUT，而不需要一个辅助电源。双VCC引脚选择最佳VCC源端以尽量降低损耗，从而优化宽范围VOUT应用的设计。 芯齐齐BOM分析 本方案刚刚发布，NCP1623ASNT1G、NCP1343、NCP4307、FUSB15101、FCMT250N65S3、FCMT199N60、FDMS86180、NTTFS4C02NTAG芯片和功率器件来自安森美，PFC电感器和变压器按照设计进行定制。 芯齐齐BOM工具显示，本方案从现有BOM中删除多达15个器件，既降低设计成本，同时确保满足USB PD应用的严苛能效和性能标准。PCB布线上，方案FR4材料的PCB基材，pcb铜层厚度2盎司(oz) ，pcb厚度1mm。 NCP1345是一款准谐振（QR）反激式控制器，高频QR工作（高达350kHz）能减小磁性器件的尺寸，封装形式SOIC-9 NB。 NCP1623采用SOIC16封装，是小尺寸的升压功率因数校正（PFC）控制器，应用于USB PD快充适配器和计算机电源。NCP1632集成了一个双MOSFET驱动器，结合了构建耐用紧凑的交错式PFC级所需的所有功能，且外部组件数量极少。 NCP4307是一个高性能驱动器，双VCC引脚选择最佳VCC源端以尽量降低损耗，从而优化宽范围VOUT应用的设计。 NCP1343准谐振反激式控制器采用Quiet-Skip技术的跳过模式，可在轻负载条件下实现最高性能，具有严重故障条件的故障引脚，NTC兼容OTP。 电容器方面，标号C13-14, C48选择680μF/25V固态电解电容器，标号C25选择X2安规电容，容量0.22μF，容差不超过10%，尺寸12.5x15x7x12mm。与C25 X2安规电容对应的C10为Y1高压安规陶瓷电容器，容量470pF, 容差不超过10%。