降低充電器和適配器應用中的無負載總功耗

本文簡要介紹如何利用ST的二次側器件TSM家族降低充電器和電源適配器的無負載功耗，這個家族具有精確的電壓和電流調節功能，而且在無負載條件下可以使整個系統在無負載條件下將總功耗降到近100mW。
　　TSM101x家族產品集成了一個電壓基準器件和兩個運算放大器，是高度集成的需要恒壓（CV）和恒流（CC）模式的開關電源解決方案。電壓基準器件和一個運算放大器的集成使之成為理想的電壓控制器。另外一個運算放大器再與這個集成的電壓基準器件和幾個外部電阻器配合，可以起到一個限流器的功能。
　　這些產品用于要求恒壓和輸出限流的充電器以及適配器，可以用于電壓參考精度在0.5%到1%之間的各類應用。
在一個典型的充電器和適配器系統內，不同的因素都會在無負載條件下提高總功耗。但是，從廣度上說，總功耗可以分成二次側產生的功耗(P_out)和一次側產生的功耗(P_in)。
　　二次側功耗
　　本文著重介紹如何降低二次側功耗，所以，我們從思考開關電源應用二次側的典型電路圖開始介紹，見下圖1。

　恒流-恒壓標準器件是一個集成了兩個運算放大器的單片集成電路。在這兩個運算放大器中，一個是獨立的器件，而另一個的非逆變輸入與一個2.5V固定電壓基準電路相連。ST的TSM103W是這種二次側器件的一個典型應用。
　　恒流-恒壓器件通常是并聯電路，這意味著內部電流發生器需要一個外電源，以極化并將基準電壓固定在2.5V (Vref = 2.5V)。

　　如果我們假定V_out連接一個沒電的電池，我們將會看到圖2的輸出電壓-電流特性曲線。
　　從圖2中我們不難看出，負載采用逐漸充電方式，先提高電流，然后再提高電壓，以便壓降達到最小值。這種逐漸充電的方法確保電流得到限制，實現穩定的電流。此后，電壓開始上升（同時電流保持恒定），直到恒定的電壓值為止。
　　在一個典型的適配器應用中，最大輸出電壓20V（無負載條件下），最小輸出電壓5V（維持恒流的最小電壓值）。
　　為了維持V_{out_min} = 5V, V_{cc_min} = 5V，給Vref加偏壓所需的最小電流值1mA，這表示：
　　因此，為了維持V_{out_min} = 5V，我們必須將基準電阻固定在Rref = 2.5k健
既然我們固定了基準電阻Rref，我們就應該考慮V_out_max = 20V的無負載條件。根據下面的公式：
　　二次側的總功耗通過下面的公式計算：P_out = V_out V_tot
　　其中I_tot = I_cc + I_ref + I_opto
　　而且，驅動一個光耦合器所需的電流I_opto 通常為1.5mA。
　　這說明對于一個V_out = 20V, I_ref = 7mA, I_cc = 1.5mA，I_opto = 1.5mA的無負載典型系統，二次側功耗(P_out)等于：
　　P_out = (V_out V_tot) = (V_tot (I_ref + I_cc + I_opto)) = (20V (7mA + 1.5mA + 1.5mA)) = (20V 10mA) =200mW

　　一次側功耗
　　現在我們將注意力轉向一個典型適配器應用的一次側，一個開關電源的一次側由若干個功能塊（例如：功率因數校正和脈寬調制）構成，每個集成塊都會提高器件的總功耗。但是，因一次側功能塊引起的總功耗在無負載條件下通常假定為80mW左右（因為充電器和適配器的功率范圍在5W之內）。
　　額定功效 是有關一次側總體功耗的關鍵系數，最高的額定功效大約50%。這就是說，將1mW的功率傳輸到二次側，在一次側需要2mW的功率。