在USB智能手機充電應用中偏置SR控制器IC

人們對能源使用效率和節能的關注日益增強，同步整流器（SR）有助於提高將離線交流電源轉換為用於USB智能手機電池充電5V電源的效率。在該轉換期間，SR控制器集成電路（IC）需要適當的偏置，以便向SR MOSFET提供充足的驅動。USB應用中的偏置電壓通常高於4V。由於BC1.2 USB電池充電標準規定電源適配器輸出範圍為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：採用SR控制器偏置輸出電壓的反激式轉換器

如果輸出電壓降到UVLO以下怎麼辦？

這種偏置方法簡單、容易，幾乎沒有額外的成本。當輸出電壓高於4V，工作很好，但當VDD上的電壓<4V時，SR控制器IC進入欠壓鎖定（UVLO）狀態。這裡的問題是，當輸出降到4V以下時，SR仍然需要工作。事實上，在USB智能手機應用中輸出降至3V之前，SR仍然需要工作。這是因為電池充電操作需要恆流操作，適配器保持提供恆定電流，同時其輸出電壓下降以幫助如動態功率管理（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。當輸出降至3V時，操作停止，因為在3V時，鋰離子電池不能充電；因此，SR不需要偏置功率。事實上，當在≤3V出現高電流時，就會識別出故障。

圖2：典型5V-3A電源適配器輸出特性

當輸出降至4V以下時，SR關閉，這將導致不良的性能。首先，由於從體二極體傳導的電壓增加，SR關閉導致恆定的電流偏移，引起不必要的瞬變。其次，流過SR MOSFET（QSR）溝道的電流現在流過其體二極體。產生的較高功率損耗可能導致溫度升高，從而導致熱失控和損壞。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。當檢測到的輸出電壓降到4V以下，Vp引腳連接到適配器輸出時，電容C2上的VDD電壓通過開關S1升高到2x Vp，S2將交替接通/關斷。當輸出在3V和4V之間時，SR偏置電壓VDD保持在6V至8V，從而實現期望的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設置正確的時序。您可以將這些元件和控制功能集成到IC中，以簡化應用設計，但仍需要三個專用引腳和一個電容器（C1）來實現該功能。

圖3：電荷泵偏置

使用線性穩壓器偏置SR控制器

在反激式轉換器工作期間，SR MOSFET漏極引腳施加脈衝序列。在USB智能手機電源適配器設計中，脈衝幅度遠高於4V。圖4為可用於將線性穩壓器輸出調節到5V的線性穩壓器，該輸出連接到SR控制器VDD引腳。但是，由於必須添加四個附加元件，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：脈衝線性穩壓器偏置

使用簡單穩壓器偏置SR控制器

由於其成本和複雜性，在USB智能手機充電應用中前兩種方法通常不是優先選項，如UCC24636等新開發的SR控制器採用「簡單調節器」組成的更簡單的偏置方法，如圖5所示。

圖5：簡單的穩壓偏置

偏置VDD引腳接受4V至30V的寬電壓範圍——驅動器輸出在內部鉗位到MOSFET的柵極電壓水平10V。這些特性使一個簡單的穩壓器（外部帶有二極體和電阻）就能夠在輸入和負載範圍內將VDD電容器充電到適當的水平。當漏極引腳電壓發生脈衝時，二極體（D）對脈衝進行整流，而電阻（R）和電容器（C）使濾出脈衝，以將直流電壓和功率提供給VDD。

表1為基於TI Designs的通用交流輸入至5V / 3A輸出參考設計的偏置結果，該參考設計採用通用離線輸入以及5V-3A輸出反激轉換器UCC28704和UCC24636。

表1：簡單穩壓器偏置結果

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

當將離線交流電源轉換為5V以用於USB智能手機電池充電時，正確偏置時，SR控制器可以幫助提高效率。

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