探索EP - 54：2.75W充電器/適配器的設計與性能

在電子設備飛速發展的今天，充電器和適配器作為不可或缺的配件，其性能和成本一直是工程師們關注的焦點。今天，我們就來深入探討一款名為EP - 54的2.75W充電器/適配器，它采用了LinkSwitch LNK520P，為低成本充電器/適配器市場帶來了新的解決方案。

文件下載：DAK-54.pdf

一、設計概述

EP - 54充電器/適配器旨在提供5.5V、500mA的輸出，輸入電壓范圍為85 - 265VAC，適用于低成本充電器/適配器應用。它采用了LinkSwitch LNK520P器件，該器件集成了700V MOSFET、PWM控制器、啟動、熱關斷和故障保護電路，優化了偏置繞組反饋，相比LNK500，其優化的開關特性和低側配置提供了更好的EMI性能。

二、電源規格

輸入參數

• 輸入電壓：85 - 265VAC，2線無保護接地。
• 頻率：47 - 64Hz，常見的50/60Hz也適用。
• 空載輸入功率：在230VAC ± 10%時測量為0.3W。

輸出參數

• 輸出電壓：5.0 - 6V，在峰值功率點± 20%。
• 輸出電流：375 - 625mA，在峰值功率點± 25%。
• 輸出紋波：電阻負載時為150 - 300mV，電池負載時為375mV。
• 總輸出功率：2.06 - 3.43W，連續輸出功率為2.75W。
• 效率：在2.75W輸出功率、25°C時測量大于65%。

環境與安全

• 傳導EMI：符合CISPR22B / EN55022B標準，無需Y1安全電容。
• 安全設計：滿足IEC950/UL1950 Class II標準，能承受1.2/50μs浪涌（2kV）和100kHz環形波（2kV）。
• 環境溫度：0 - 40°C，在提供的外殼中，自由對流，海平面條件下。

三、電路設計

輸入級與EMI濾波

輸入級采用橋整流器D1 - D4對交流輸入進行整流，C1和C2進行平滑處理，電感L1形成π - 濾波器以衰減差模傳導EMI。電阻RF1為熔斷式、防火類型，提供初級側短路和線路浪涌保護，并提供額外的差模EMI濾波。開關頻率為42kHz，允許使用簡單的EMI濾波器，無需Y電容即可滿足國際EMI標準。

LinkSwitch初級與輸出反饋

LNK520P實現啟動和自動重啟（輸出保護）操作、輸出恒壓（CV）和恒流（CC）控制。當電源接通時，高壓直流出現在LinkSwitch的DRAIN引腳，CONTROL引腳電容C5通過內部連接在DRAIN和CONTROL引腳之間的開關高壓電流源充電。當CONTROL引腳達到約5.6V時，內部電流源關閉，內部控制電路激活，高壓MOSFET開始開關。

輸出整流

輸出整流由肖特基二極管D7提供，其低正向電壓在整個工作范圍內提供高效率。低ESR電容C6實現最小輸出紋波并最大化工作效率。

四、變壓器設計

規格參數

• 電氣強度：從引腳1 - 5到引腳6 - 10，1秒、60Hz時為3000VAC。
• 初級電感：引腳1 - 2，所有其他繞組開路，在100kHz、0.4VRMS時測量為2.52mH，±10%。
• 諧振頻率：引腳1 - 2，所有其他繞組開路，最小為400kHz。
• 初級漏電感：引腳1 - 2，引腳6 - 7短路，在100kHz、0.4VRMS時測量最大為80μH。

材料與構建

變壓器采用EE16磁芯，使用多種規格的磁線、箔和膠帶進行繞制。在構建過程中，需要注意線規選擇、繞組順序和絕緣處理，以確保變壓器的性能和EMI特性。

五、性能表現

效率

在不同輸入電壓和輸出負載下，效率均能保持在較高水平。在室溫、60Hz輸入頻率下，滿載時效率與輸入電壓和輸出電流的關系曲線顯示，效率大于65%。

空載輸入功率

在不同輸入電壓下，空載輸入功率較低，在230VAC時約為0.3W。

調節特性

在不同輸入電壓和負載電流下，輸出電壓能保持相對穩定，具有良好的線電壓和負載調節特性。

熱性能

在85VAC、輸出負載為0.5A的最大功率點下運行12小時后，LinkSwitch和輸出二極管的溫度分別達到53°C和66°C（無外殼），在封閉外殼內運行時，溫度會額外上升15°C，但仍在可接受的工作范圍內。

波形與紋波

通過示波器測量，展示了正常運行時的漏極電壓和電流波形、輸出電壓啟動特性、負載瞬態響應和輸出紋波等。在測量輸出紋波時，需要使用特殊的示波器探頭以減少雜散信號。

傳導EMI

在最壞情況下（230VAC、滿載、5.5V/0.5A）進行傳導發射測試，測試樣品在復合準峰值和平均值限制以下具有大于10dBμV的裕量，表明其在高頻發射方面有顯著的衰減。

六、替代設計

附錄A中介紹了一種采用簡化EE16變壓器結構的替代設計。該設計使用集成偏置和雙繞屏蔽，提高了效率（從66%提高到70%），但需要增加二次緩沖電路來減少高頻EMI。其性能與原設計相似，包括輸出紋波、波形和熱性能等。

七、總結與思考

EP - 54充電器/適配器以其低成本、高集成度和良好的性能，為電子設備的電源供應提供了一個優秀的解決方案。在設計過程中，工程師們通過優化電路和變壓器設計，實現了高效的電源轉換和低EMI特性。然而，在實際應用中，我們還需要考慮一些因素，如不同負載類型對啟動性能的影響、變壓器設計的微小變化對EMI的影響等。你在實際設計中是否遇到過類似的問題？你又是如何解決的呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。