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摘要：给出基于iW2202的笔记本电脑适配器电源设计。
关键词：APFC；电源；iW2202；控制IC
引言
APFC(有源功率因数校正)不像无源PFC那样需要笨重的铁心电感等无源器件，能够保证在复杂条件下满足目前对开关电源在输入谐波方面的相关规范的要求，而单级APFC电路因为DC/DC变换器共用功率开关等元件，所用元件比两纫：APFC要少得多，具有低成本优势，同时也有利于提高开关电源的功率密度。
iWatt公司则将数字控制技术用于开关电源控制IC内部的控制环节，实用化的产品如iW1689和iW2202，iW1689是数字PWM(脉宽调制)集成电路，主要针对小功率应用，iW2202集成了单级APFC管理功能，主要针对50～200W的中功率应用。
iW2202
iW2202采用反激式拓扑，主要依托CDCM(临界非连续电流模式)和DCM(非连续电流模式)方式实现APFC功能，用它构成的开关电源，具有电路简单、成本低廉的特点。iW2202主要功能特点如下：
·单级APFC电路，输入谐波失真小于5％；
·效率能够超过90％；
·原边控制方式。在反激式拓扑非连续电流模式的变换器中，副边输出电压和电流信息可以比较容易地从原边绕组或者一个辅助绕组获得，从而实现原边控制而不需要通过光耦从副边获得电流/电压信息；·无需外部环路补偿。集成的DEA(数字
误差放大器)能够提供小于45。的相位裕量和优于-20dB的增益裕量，因此无需任何外部补偿环路。iW2202中的数字控制技术主要应用于此；
·输出端电压线路损耗主动补偿，不需要对负载端的远程检测；
·抗过渡效应；
·CDCM使EMI最小化并提高系统效率，最终产品能兼容“蓝色天使”和“能源之星”节能标准；
·主动式启动电路；
·启动电流典型值：20uA；
·±1A栅极峰值驱动电流；
·逐周期短路保护。
笔记本电脑适配器电源设计
图1是采用iW2202设计的笔记本电脑适配器电源。
输入与整流电路
BR1是主电源的整流桥，BR2是线电压检测、启动电路的供电整流桥，iW2202的5引脚、6引脚线电压检测端推荐使用单独的整流滤波电路，以避免主回路负载变化引起的线电压波动影响内部控制电路的误动作。
输入端是一级的EMI电路，压敏电阻VRI构成过电压保护电路，可以吸收瞬时高压尖峰，非瞬时高压保护需要保险丝F1的配合，VRI导通的大电流导致F1熔断使电路断开。
主动式启动电路
由Q102为核心的电路构成主动式启动电路，简化的电路如图2所示，右侧是控制脉冲时序图。
主动式启动电路的功能
·启动控制。Vg电压来自图1中BR2整流桥，上电期间，iW2202的ASU引脚电位处于浮动状态，电容C10通过R(相当于R20+R21)充电直至到达Q102的开启电压，Q102导通，C4通过R22开始充电直至达到iW2202的启动阈值电压，iW2202开始工作，ASU引脚变成低电位，Q102关断。iW2202需要从C4吸纳20mA电流直至主开关Q050开始工作，一旦Q050开始工作，辅助绕组(T1的5～6)开始供电，通过图中的Q103组成的串连稳压电路给iW2202供电，启动过程完成。如果iW2202的1引脚电压VCC跌落至欠压保护电压阈值，iW2202关闭进入保护状态，ASU端子电位进入浮动状态，等待下一次启动的开始。
·如果因为负载过轻或者过重使电压检测端(iW2202的2引脚)的电压高于1.98V或者低于1.62V，为了保持功率因数和THD不劣化，电路将处于间歇工作模式，过重负载相当于打嗝保护，这就是iW2202的“抗过渡效应”特性。在间歇工作模式期间，ASU端电位也处于浮动状态，iW2202通过R22从Vg获取7mA的电流。
过热保护和由原边实现的过压保护功能
利用iW2202的SD引脚的关断控制功能，搭配外部检测电路可以完成过热保护，具体电路由图1中的Q7及其外围电路组成，温度检测元件是负温度系数的热敏电阻RT100，正常工作状态下，RT100处于高阻状态，Q7关断，来自11引脚的3.3V基准电压无法通过Q7加到iW2202的SD引脚，随着温度升高，RT100阻值逐渐减小，当达到设计阈值时，Q7基极电位因为RTl00的阻值减小而变低，Q7导通，3.3V电压加到SD引脚，iW2202关断。
通过R4、R14，RD端子同时获得来自辅助绕组的过压保护信号，正常情况下，通过R34的分压作用，SD端子获得的电压小于1.5V，如果超过这个设定值，iW2202也将被关闭。
短路保护
.短路保护功能由iW2202的2引脚VSENSE完成控制功能。
·在启动期间，如果在第一个驱动脉冲输出期间，2引脚电位小于0.5V并且时间长达60ms，iW2202将判定电路有短路故障并停止工作，但不锁定，等待下一次启动。
·正常工作期间，如果iW2202的2引脚检测到连续两个23us以上的脉冲，iW2202也将判定电路存在短路故障并停止工作，但不锁定，等待短路故障排除。
线电压检测.iW2202的不同工作模式及其APFC的实现
根据不同的负载情况，在交流电周期的不同时刻，iW2202可以灵活的控制功率开关方式以实现高效率，这些控制iW2202主要通过线电压引脚：5引脚(VINDC)和6引脚(VINAC)实现。
·正常负载条件
正常负载条件下，一个交流电周期内以下两个工作模式轮流工作：CDCM模式和DCM模式。CDCM模式下，图1中的Q1的导通时间和关断时间都是随着交流电的周期变化而变化，Q1在其漏级电压处于最低点的时刻开启，这技术为“valley mode”(谷值模式)，系统有最高的效率。DCM模式下，Q1的开启时间和关断时间都是固定的，valley mode只在某个特定的时刻实现，Q1在开关变压器绕组复位后即开启，与CDCM模式相比，系统的效率有所降低。CDCM与DCM在一个交流电周期内持续的时间大致相等，如图3所示。
由于图1中电感L2的存在，抑制了输入电流的变化率，而正常负载条件下，主开关变压器的电感电流处于CDCM或者DCM条件，主功率开关Q1总是在副边的高频整流二极管中的电流降低为0时开始导通，由于是反激式拓扑，在每个开关周期内，变压器绕组存储的能量有时间全部转移给负载，APFC得以实现。或者说，反激式拓扑依赖CDCM或DCM模式能够实现高功率因数，而滤波电感(L2)可以改善THD和AFPC电路的工作条件。
·非正常负载条件
异常情况，包括启动期间，如果VINAC中断，iW2202无法正确判断开启时间(ton)，则Q1的开启/关断时间默认为10微秒。
轻负载条件下，输出电流比较小，Q1的导通时间(ton(e))也变短，当ton(e)pev时，控制器控制Q1进入PFM(脉冲频率调制)模式，Q1开通时间固定为tpem而不会变得更短，除非负载继续变小直至电路进入间歇工作状态，栅极控制电压则由方波变为锯齿波，开启方式则变为缓慢平滑开启。
·变化的开关频率
根据负载和线电压平均值的不同情况，iW2202还会灵活地改变内部振荡器的开关频率以改善系统效率，依据是导通时间ton低线电压、重载条件下的开关频率比较低，高线电压、轻载条件下的开关频率使用比较高，开关频率的最大变化范围限定为600Hz～300kHz。
结 语
所设计的笔记本电脑适配器电源的技术指标如下：
·交流输入电压范围AC 90～264V，交流输入频率范围47～63Hz；
·效率：AC 90V输入，满载条件下，88.3％；AC230V输入，满载条件下，90.2％
·输出电压：19.5V±2.5％，AC230V输入，满载条件下，19.56V。
·最大平均输出电流：4.62A
·功率因数：0.982，AC 230V输入，满载；
·输入谐波失真：3.6％，AC230V输入，满载。
关键词：APFC；电源；iW2202；控制IC
引言
APFC(有源功率因数校正)不像无源PFC那样需要笨重的铁心电感等无源器件，能够保证在复杂条件下满足目前对开关电源在输入谐波方面的相关规范的要求，而单级APFC电路因为DC/DC变换器共用功率开关等元件，所用元件比两纫：APFC要少得多，具有低成本优势，同时也有利于提高开关电源的功率密度。
iWatt公司则将数字控制技术用于开关电源控制IC内部的控制环节，实用化的产品如iW1689和iW2202，iW1689是数字PWM(脉宽调制)集成电路，主要针对小功率应用，iW2202集成了单级APFC管理功能，主要针对50～200W的中功率应用。
iW2202
iW2202采用反激式拓扑，主要依托CDCM(临界非连续电流模式)和DCM(非连续电流模式)方式实现APFC功能，用它构成的开关电源，具有电路简单、成本低廉的特点。iW2202主要功能特点如下：
·单级APFC电路，输入谐波失真小于5％；
·效率能够超过90％；
·原边控制方式。在反激式拓扑非连续电流模式的变换器中，副边输出电压和电流信息可以比较容易地从原边绕组或者一个辅助绕组获得，从而实现原边控制而不需要通过光耦从副边获得电流/电压信息；·无需外部环路补偿。集成的DEA(数字
误差放大器)能够提供小于45。的相位裕量和优于-20dB的增益裕量，因此无需任何外部补偿环路。iW2202中的数字控制技术主要应用于此；
·输出端电压线路损耗主动补偿，不需要对负载端的远程检测；
·抗过渡效应；
·CDCM使EMI最小化并提高系统效率，最终产品能兼容“蓝色天使”和“能源之星”节能标准；
·主动式启动电路；
·启动电流典型值：20uA；
·±1A栅极峰值驱动电流；
·逐周期短路保护。
笔记本电脑适配器电源设计
图1是采用iW2202设计的笔记本电脑适配器电源。
输入与整流电路
BR1是主电源的整流桥，BR2是线电压检测、启动电路的供电整流桥，iW2202的5引脚、6引脚线电压检测端推荐使用单独的整流滤波电路，以避免主回路负载变化引起的线电压波动影响内部控制电路的误动作。
输入端是一级的EMI电路，压敏电阻VRI构成过电压保护电路，可以吸收瞬时高压尖峰，非瞬时高压保护需要保险丝F1的配合，VRI导通的大电流导致F1熔断使电路断开。
主动式启动电路
由Q102为核心的电路构成主动式启动电路，简化的电路如图2所示，右侧是控制脉冲时序图。
主动式启动电路的功能
·启动控制。Vg电压来自图1中BR2整流桥，上电期间，iW2202的ASU引脚电位处于浮动状态，电容C10通过R(相当于R20+R21)充电直至到达Q102的开启电压，Q102导通，C4通过R22开始充电直至达到iW2202的启动阈值电压，iW2202开始工作，ASU引脚变成低电位，Q102关断。iW2202需要从C4吸纳20mA电流直至主开关Q050开始工作，一旦Q050开始工作，辅助绕组(T1的5～6)开始供电，通过图中的Q103组成的串连稳压电路给iW2202供电，启动过程完成。如果iW2202的1引脚电压VCC跌落至欠压保护电压阈值，iW2202关闭进入保护状态，ASU端子电位进入浮动状态，等待下一次启动的开始。
·如果因为负载过轻或者过重使电压检测端(iW2202的2引脚)的电压高于1.98V或者低于1.62V，为了保持功率因数和THD不劣化，电路将处于间歇工作模式，过重负载相当于打嗝保护，这就是iW2202的“抗过渡效应”特性。在间歇工作模式期间，ASU端电位也处于浮动状态，iW2202通过R22从Vg获取7mA的电流。
过热保护和由原边实现的过压保护功能
利用iW2202的SD引脚的关断控制功能，搭配外部检测电路可以完成过热保护，具体电路由图1中的Q7及其外围电路组成，温度检测元件是负温度系数的热敏电阻RT100，正常工作状态下，RT100处于高阻状态，Q7关断，来自11引脚的3.3V基准电压无法通过Q7加到iW2202的SD引脚，随着温度升高，RT100阻值逐渐减小，当达到设计阈值时，Q7基极电位因为RTl00的阻值减小而变低，Q7导通，3.3V电压加到SD引脚，iW2202关断。
通过R4、R14，RD端子同时获得来自辅助绕组的过压保护信号，正常情况下，通过R34的分压作用，SD端子获得的电压小于1.5V，如果超过这个设定值，iW2202也将被关闭。
短路保护
.短路保护功能由iW2202的2引脚VSENSE完成控制功能。
·在启动期间，如果在第一个驱动脉冲输出期间，2引脚电位小于0.5V并且时间长达60ms，iW2202将判定电路有短路故障并停止工作，但不锁定，等待下一次启动。
·正常工作期间，如果iW2202的2引脚检测到连续两个23us以上的脉冲，iW2202也将判定电路存在短路故障并停止工作，但不锁定，等待短路故障排除。
线电压检测.iW2202的不同工作模式及其APFC的实现
根据不同的负载情况，在交流电周期的不同时刻，iW2202可以灵活的控制功率开关方式以实现高效率，这些控制iW2202主要通过线电压引脚：5引脚(VINDC)和6引脚(VINAC)实现。
·正常负载条件
正常负载条件下，一个交流电周期内以下两个工作模式轮流工作：CDCM模式和DCM模式。CDCM模式下，图1中的Q1的导通时间和关断时间都是随着交流电的周期变化而变化，Q1在其漏级电压处于最低点的时刻开启，这技术为“valley mode”(谷值模式)，系统有最高的效率。DCM模式下，Q1的开启时间和关断时间都是固定的，valley mode只在某个特定的时刻实现，Q1在开关变压器绕组复位后即开启，与CDCM模式相比，系统的效率有所降低。CDCM与DCM在一个交流电周期内持续的时间大致相等，如图3所示。
由于图1中电感L2的存在，抑制了输入电流的变化率，而正常负载条件下，主开关变压器的电感电流处于CDCM或者DCM条件，主功率开关Q1总是在副边的高频整流二极管中的电流降低为0时开始导通，由于是反激式拓扑，在每个开关周期内，变压器绕组存储的能量有时间全部转移给负载，APFC得以实现。或者说，反激式拓扑依赖CDCM或DCM模式能够实现高功率因数，而滤波电感(L2)可以改善THD和AFPC电路的工作条件。
·非正常负载条件
异常情况，包括启动期间，如果VINAC中断，iW2202无法正确判断开启时间(ton)，则Q1的开启/关断时间默认为10微秒。
轻负载条件下，输出电流比较小，Q1的导通时间(ton(e))也变短，当ton(e)
·变化的开关频率
根据负载和线电压平均值的不同情况，iW2202还会灵活地改变内部振荡器的开关频率以改善系统效率，依据是导通时间ton低线电压、重载条件下的开关频率比较低，高线电压、轻载条件下的开关频率使用比较高，开关频率的最大变化范围限定为600Hz～300kHz。
结 语
所设计的笔记本电脑适配器电源的技术指标如下：
·交流输入电压范围AC 90～264V，交流输入频率范围47～63Hz；
·效率：AC 90V输入，满载条件下，88.3％；AC230V输入，满载条件下，90.2％
·输出电压：19.5V±2.5％，AC230V输入，满载条件下，19.56V。
·最大平均输出电流：4.62A
·功率因数：0.982，AC 230V输入，满载；
·输入谐波失真：3.6％，AC230V输入，满载。