在USB智能手機(jī)充電應(yīng)用中偏置SR控制器IC

人們對(duì)能源使用效率和節(jié)能的關(guān)注日益增強(qiáng)，同步整流器（SR）有助于提高將離線交流電源轉(zhuǎn)換為用于USB智能手機(jī)電池充電5V電源的效率。在該轉(zhuǎn)換期間，SR控制器集成電路（IC）需要適當(dāng)?shù)钠?，以便向SR MOSFET提供充足的驅(qū)動(dòng)。USB應(yīng)用中的偏置電壓通常高于4V。由于BC1.2 USB電池充電標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定電源適配器輸出范圍為4.1V至6V，因此可以從該輸出偏置SR控制器IC，如圖1所示。

圖1：采用SR控制器偏置輸出電壓的反激式轉(zhuǎn)換器

如果輸出電壓降到UVLO以下怎么辦？

這種偏置方法簡單、容易，幾乎沒有額外的成本。當(dāng)輸出電壓高于4V，工作很好，但當(dāng)VDD上的電壓<4V時(shí)，SR控制器IC進(jìn)入欠壓鎖定（UVLO）狀態(tài)。這里的問題是，當(dāng)輸出降到4V以下時(shí)，SR仍然需要工作。事實(shí)上，在USB智能手機(jī)應(yīng)用中輸出降至3V之前，SR仍然需要工作。這是因?yàn)殡姵爻潆姴僮餍枰懔鞑僮鳎m配器保持提供恒定電流，同時(shí)其輸出電壓下降以幫助如動(dòng)態(tài)功率管理（DPM）期間的電池充電等操作。

圖2說明了典型的5V-3A電源適配器輸出特性。當(dāng)輸出降至3V時(shí)，操作停止，因?yàn)樵?V時(shí)，鋰離子電池不能充電；因此，SR不需要偏置功率。事實(shí)上，當(dāng)在≤3V出現(xiàn)高電流時(shí)，就會(huì)識(shí)別出故障。

圖2：典型5V-3A電源適配器輸出特性

當(dāng)輸出降至4V以下時(shí)，SR關(guān)閉，這將導(dǎo)致不良的性能。首先，由于從體二極管傳導(dǎo)的電壓增加，SR關(guān)閉導(dǎo)致恒定的電流偏移，引起不必要的瞬變。其次，流過SR MOSFET（QSR）溝道的電流現(xiàn)在流過其體二極管。產(chǎn)生的較高功率損耗可能導(dǎo)致溫度升高，從而導(dǎo)致熱失控和損壞。因此，在輸出降至3V之前，需要使用其他方法來保持SR。

使用電荷泵偏置SR控制器

一種替代方案是使用電荷泵電路。圖3解釋了電路中電荷泵的操作。當(dāng)檢測(cè)到的輸出電壓降到4V以下，Vp引腳連接到適配器輸出時(shí)，電容C2上的VDD電壓通過開關(guān)S1升高到2x Vp，S2將交替接通/關(guān)斷。當(dāng)輸出在3V和4V之間時(shí)，SR偏置電壓VDD保持在6V至8V，從而實(shí)現(xiàn)期望的SR偏置電壓。

這種方法需要額外的元件和控制功能來為S1和S2設(shè)置正確的時(shí)序。您可以將這些元件和控制功能集成到IC中，以簡化應(yīng)用設(shè)計(jì)，但仍需要三個(gè)專用引腳和一個(gè)電容器（C1）來實(shí)現(xiàn)該功能。

圖3：電荷泵偏置

使用線性穩(wěn)壓器偏置SR控制器

在反激式轉(zhuǎn)換器工作期間，SR MOSFET漏極引腳施加脈沖序列。在USB智能手機(jī)電源適配器設(shè)計(jì)中，脈沖幅度遠(yuǎn)高于4V。圖4為可用于將線性穩(wěn)壓器輸出調(diào)節(jié)到5V的線性穩(wěn)壓器，該輸出連接到SR控制器VDD引腳。但是，由于必須添加四個(gè)附加元件，增加了成本和電路板空間，這種方法變得不太有吸引力。

圖4：脈沖線性穩(wěn)壓器偏置

使用簡單穩(wěn)壓器偏置SR控制器

由于其成本和復(fù)雜性，在USB智能手機(jī)充電應(yīng)用中前兩種方法通常不是優(yōu)先選項(xiàng)，如UCC24636等新開發(fā)的SR控制器采用“簡單調(diào)節(jié)器”組成的更簡單的偏置方法，如圖5所示。

圖5：簡單的穩(wěn)壓偏置

偏置VDD引腳接受4V至30V的寬電壓范圍——驅(qū)動(dòng)器輸出在內(nèi)部鉗位到MOSFET的柵極電壓水平10V。這些特性使一個(gè)簡單的穩(wěn)壓器（外部帶有二極管和電阻）就能夠在輸入和負(fù)載范圍內(nèi)將VDD電容器充電到適當(dāng)?shù)乃健．?dāng)漏極引腳電壓發(fā)生脈沖時(shí)，二極管（D）對(duì)脈沖進(jìn)行整流，而電阻（R）和電容器（C）使濾出脈沖，以將直流電壓和功率提供給VDD。

表1為基于TI Designs的通用交流輸入至5V / 3A輸出參考設(shè)計(jì)的偏置結(jié)果，該參考設(shè)計(jì)采用通用離線輸入以及5V-3A輸出反激轉(zhuǎn)換器UCC28704和UCC24636。

表1：簡單穩(wěn)壓器偏置結(jié)果

結(jié)果描述了高于4.57V的最小控制器VDD電壓，即使轉(zhuǎn)換器輸出下降到3V，從而保持大量的偏置電壓，以保持UCC24636工作。

當(dāng)將離線交流電源轉(zhuǎn)換為5V以用于USB智能手機(jī)電池充電時(shí)，正確偏置時(shí)，SR控制器可以幫助提高效率。

審核編輯：郭婷