一种基于变压器的无Y电容充电器设计

本文介绍了一款使用TI控制芯片UCC28720设计的5W无Y电容充电器方案,并且介绍了一种变压器结构设计,在去除了Y电容的情况下依然能够通过EMI测试;同时，整机待机功耗在全电压范围内低于10mW。由于UCC2820是专为驱动三极管设计的原边调整控制器，使得整机的成本更有优势。

1 电源方案介绍

随着智能手机以及平板电脑的普及。手机充电器的要求也越来越高。其挑战主要来源于两个方面。第一，低待机功耗。由于充电器通常都插在插座上，而且大多数时间都不在执行充电工作。但是，它们仍然会消耗电能，因而浪费了能源和用户的金钱。如何降低这些装置的待机功耗，从而节省电能、满足政府法规要求，以及为用户节省金钱，已显然是设计工程师必须面对的问题。IEC 五星级能耗要求空载时设备消耗的功率必须小于30mW。 第二，EMI性能。由于充电器的体积非常小，成本控制严格，所以滤波器的使用受到限制, 另一方面,原副边漏电流的限制也使得越来越多的厂商采用了无Y 电容方案。这给EMI 的设计提出了极大的挑战。

本方案采用了UCC28720 控制的5V@1A 反激变换器，介绍了一种特殊的变压器结构，成功去除了Y电容了。同时由于UCC28720 是一款原边反馈变换器，从而消除了光藕及副边反馈线路,节约了成本并提高了可靠性。 UCC28720 集成了高压启动，调频调幅两种模式，使得整个变换器的待机功耗可以在全电压范围内小于10mW，已经远远优于五星级标准。

下图是原理图。

图1. 5W无Y电容充电器原理图

1.1 待机功耗估算

电压调整控制模式下,控制器工作在调频(FM)和调幅(AM)模式,如图2所示. 从图中可知，待机情况下，UCC28720支持最低开关频率为680Hz;同时原边峰值电流为满载峰值电流的1/4。所以，待机功耗可作如下估算：

由上式可得，待机功耗的大小跟变压器电感量大小，变换器具体的峰值电流无关，只与设计的最高工作频率与芯片最低工作频率比以及最大设计峰值电流和最小峰值电流比有关。根据芯片规格书得：