【应用】使用InnoSwitch-CH反激式开关IC设计的10 W恒流/恒压USB充电器，充电效率高达85%以上
InnoSwitch-CH系列PI公司推出的业界首款具有隔离和安全等级集成反馈的AC/DC系列IC，本应用方案是基于该系列INN2023K器件设计。支持85~265VAC通用输入，10W输出功率的USB恒压/横流充电器，空载输入功率为10mW，频率为50~64Hz，输出电压为4.75~5.25V，瞬态输出电压为4.2~5.5V，纹波输出电压为150mV，输出电流为2~2.5A，自启电压为2~3.5V。该设计主要用于手机或类似设备的10W恒压/恒流（CV / CC）通用输入电源充电器应用，如图1所示。
图1，10W恒压/恒流通用输入电源充电器电路板
如图2所示，该电路基于InnoSwitch-CH系列的INN2023K反激式开关IC设计，主要包含输入EMI滤波， InnoSwitch-CH IC初级电路和InnoSwitch-CH IC次级电路这几部分电路。
图2，10W恒压/恒流通用输入电源充电器原理图
1.输入EMI滤波
保险丝F1可防止初级侧的电路组件发生灾难性故障。由于整流二极管（D1-D4）的浪涌电流额定值较低，而且大容量电容器C2和C4的阻抗较低，因此需要一个浪涌限制热敏电阻（RT1）。同时，由于空间有限，特别是从PCB到外壳的高度，选择了体积小的二极管用于D1-D4。此外，电容器C2和C4提供经整流的AC输入的滤波，并与L1和L2一起形成π（pi）滤波器以衰减差模EMI，并且低容值Y电容（C8）可用来降低共模EMI。
2. InnoSwitch-CH IC初级电路
变压器初级侧连接到整流的直流总线，另一侧连接到InnoSwitch-CH IC（U1）内部的集成650 V功率MOSFET。同时，由D1，R1，R14和C1组成的低成本RCD钳位会受到变压器和输出走线电感的影响，从而限制峰值漏极电压。此外，由于该IC是自启动的，因此当首次施加AC时，会使用内部高压电流源为BPP引脚电容（C6）充电。在正常操作期间，初级侧块由变压器上的辅助绕组供电，而且其输出配置为反激绕组，经过整流和滤波（D2和C5）并通过限流电阻R4馈入BPP引脚。
使用开/关控制实现输出调节，根据输出负载调整启用的开关周期数。在高负载时，大多数开关周期被启用，而在轻载或空载时，大多数周期被禁用或跳过。一旦一个周期被使能，MOSFET将保持接通，直到初级电流上升到该器件在特定工作状态时的限流值。此外，它可以配置四种操作状态（电流限制），使得初级电流开关模式的频率成分保持在可听频率范围之外，直到在低负载情况下，其中变压器磁通密度和可听噪声仍处于非常低的水平。
3. InnoSwitch-CH IC次级电路
InnoSwitch-CH的次级侧提供输出电压，输出电流检测，并且为MOSFET提供驱动的同时，进行同步整流。变压器的次级侧通过Q3进行整流，并通过C10滤波。此外，在开关瞬态期间，可以通过缓冲器组件R7和C9减少高频振铃，以减小在Q1上产生高电压并辐射EMI。为了减少耗散，Q1还提供同步整流（SR），Q1的栅极通过R5和IC的FWD引脚检测的绕组电压来导通。在连续导通工作模式下，在次级侧指示从初级侧开始新的开关周期之前，MOSFET关闭。在非连续工作模式下，当MOSFET两端的压降低于阈值时，MOSFET关断。对于该IC初级侧功率MOSFET的次级侧控制理念，可以确保它不会与同步整流MOSFET同时工作， 而且MOSFET驱动信号会在SR / P引脚上输出。
IC的次级侧由次级绕组正向电压或输出电压自供电。在CV操作期间，输出电压为器件供电，并馈入VO引脚，而在CC操作期间，当输出电压下降时，器件将直接从次级绕组供电。在初级侧MOSFET的导通时间期间，在次级绕组上出现的正向电压可以用于通过R5和内部调节器完成对C7的充电。当检测到的输出电压低于3 V时，设备将进入自动重启。
输出电流是在IS和GND引脚之间进行内部检测，阈值设定为35 mV，这样可以最大限度地降低损耗。一旦超过内部电流检测阈值，器件就会调整启用的开关周期数，以保持固定的输出电流。同时，若低于CC阈值，则器件以恒定电压模式工作。当处于调节输出电压时，输出电压通过电阻分压器R8和R9在FB引脚上以1.265 V的参考电压工作。
变压器规格
变压器绕组方式如图3，其中2 x #34AWG是2股径规格为34AWG的线；5T是绕5圈，其他依此类推即可。
图3，10W恒压/恒流通用输入电源充电器原理图的变压器示意图
当引脚3，4相连，其他所有绕组开路，测量频率为100kHz和0.4 VRMS时，测得初级电感为546μH；当引脚3，4连接，其他所有绕组开路时，测得谐振频率最小为1200KHz；当引脚3，4连接，引脚5，6短路，测量频率为100 kHz和0.4 VRMS时，测得初级漏电感最大为25uH。
在室内环境温度下，输入电压和效率的关系如图4所示。
图4，输入电压和效率关系图
在85/115/230/265 VAC四种输入电压下，包含和不包含肖特基二极管与Q1，SR FET并联的负载和效率关系分别如图5和图6所示。
图5，包含肖特基二极管与Q1，SR FET并联情况下，负载和效率关系图
图6，不包含肖特基二极管与Q1，SR FET并联情况下，负载和效率关系图
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