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利用自调整电源为便携设备更快速充电

启明?? 2014年01月06日 ?? 收藏0
随著节能意识的抬头,越来越多适配器和充电器的待机功耗越来越低。电子产品的屏幕快速变大、处理器变快和其核心变多,导致产品的电池容量变大并要求延长手机和平板电脑的使用时间。然而,市场和用户无法接受充电时间变长,因此,许多充电器、适配器、电源控制IC及便携设备处理器供应商已经开始进行另一场革命——在超低待机的基础上利用自调整电源达成快速充电。

恩智浦(NXP)电源方案IC-电源与照明方案半导体事业部资深产品营销经理张锡亮介绍说,超低待机功耗、高效率的自调整电源方案,将是明后年电源发展的趋势。自调整意味着电源电压、电流会随着用电设备的需求而调整。P=I2R,如果将电流降低、电压升高,那么功耗就会成平方降低。这个原理虽然简单,然而,充电器对成本很敏感,因此很多公司以前没有想到这样做。但是,现在中国、台湾、美国等许多大品牌厂商都在朝这个方向设计。

图:恩智浦(NXP)电源方案IC-电源与照明方案半导体事业部资深产品营销经理张锡亮。
图:恩智浦(NXP)电源方案IC-电源与照明方案半导体事业部资深产品营销经理张锡亮。

如果将电流由1A增大到2A,那么充电时间就可以减少一半。然而USB充电线上的电流(美国规范最大是1.5A,中国可以放松到1.8A)不可能无限制地增加,而且线损也需要控制,因此,电源设计需要往升高电压上转变。这就需要电源厂商、手机厂商、电池厂商等整个供应链共同努力来提高充电效率。

手机电池(3.3V或5V)与笔记本电脑电池(多个3.3V电池串联)不同,它采用的是并联方式,无法升高电压,因此,手机厂商提出需求,希望把电池串联起来。如果电池没有特别制作,采用12V给手机充电需要经过DC/DC降压,同样会降低充电效率。因此,电池能够更改、电压能够升高,才是最好的选择。

目前,电源越做越小、越做越精美,并且出现了许多花样,比如提供多组输出、多个USB接口、多种电压规格,或是采用多层PCB设计。电源的设计越来越复杂。

而从电源的标准来看,美国DoE(美国能源部)2012年3月提出的标准要求49W以上、250W以下的电源的平均效率不得低于88%(需要为充电线等的损耗预留余量),待机功耗小于等于0.21W;要求50W以下产品的待机功耗不高于0.1W。欧洲CoC标准(欧洲能效标准)则要求50W以上电源的平均效率不低于89%,待机功耗目前是不高于0.25W,到2016年后待机功耗将进阶为不高于0.16W;小功率的电源待机功耗到2016年时不能高于0.075W。另外,能源之星也有相应标准。因此,电源产品设计的难度不断加大。

NXP最新的电源方案是反激式开关电源控制芯片TEA1836与同步整流TEA1792相结合的方案。张锡亮介绍说,按照高通的定义,USB提供D+和D-数据线,两根线可以定义4种组合(恩智浦初期提供了5V、9V和12V三种选择)。通过在一次侧和二次侧采用MCU收发命令,可以根据负载需求调整电压输出。

图2:NXP TEA1836与TEA1792相结合的电源方案。下一代产品将会把一次侧和二次侧控制器集成进来。
图2:NXP TEA1836与TEA1792相结合的电源方案。下一代产品将会把一次侧和二次侧控制器集成进来。

图3:TEA1836+TEA1792适配器产品。
图3:TEA1836+TEA1792适配器产品。

该方案待机功耗在12V的时候可以做到25mW,在9V或5V时可以做到20mW以下。效率可以做到90%以上(DoE要求是78.7%),同时产生的热量比较小,产品也能够做到更小。

TEA1836具有的特点包括:内置了有源x-cap放电装置,可进行掉电保护;其空载待机功耗低于20mW;在低负荷时,自动突发模式可实现低音频噪声并保持全调节输出;强健的MOSFET驱动功能,保证最大导通时间。该产品实现了超过91%的高效率,能够满足DoE、CoC和能源之星Level 6的电源标准。而且该芯片还提供8脚的小型封装(相对14脚封装省去了6个nc脚,通过密封设计,避免高低压间的爬电)。

最后,张锡亮表示,该款产品将会在今年12月份量产。其下一代产品将会集成包括CPU在内更多的元器件,其性能和效率也将更好,该产品预计将在明年上半年发布。另外,该公司还具有5W到300W适配器和充电器的完整解决方案。

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