EVALTSM1052：基于TSM1052的超小型电池充电器设计解析

在电子设备飞速发展的今天，小型化、高效化的电池充电器需求日益增长。今天我们就来深入探讨一款低功耗适配器——EVALTSM1052，它采用了新型的恒压恒流（CVCC）控制器TSM1052，为旅行电池充电器应用提供了出色的解决方案。

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一、适配器特性

1. 主要特性

• 输入：输入电压范围为90 ~ 264 Vrms，频率范围是45 ~ 66 Hz，能够适应不同地区的电源环境。
• 输出：输出电压为5.1Vdc ± 2%，最大输出电流为600 mA，还具备电缆压降补偿功能（0.33 mV/mA），可以有效减少电缆传输过程中的电压损失。
• 空载：空载功耗低于0.3 W，符合节能标准。
• 短路保护：具备短路保护功能，通过标称电流调节来保障电路安全。
• PCB类型与尺寸：采用CEM - 1单面板，厚度为35 µm，尺寸为48 x 18 mm，体积小巧。
• 安全与EMI：符合EN60065安全标准和EN55022 - class B电磁干扰标准。

2. 电路描述

• 初级侧：使用了VIPer12A - E芯片，它集成了电流模式PWM控制器和功率MOSFET，采用小尺寸的SO - 8封装。转换器根据输入电压和输出负载在连续和不连续传导模式下工作，开关频率内部固定为60 KHz。输入部分包括用于限制浪涌电流的电阻、二极管桥、两个电解大容量电容器和一个电感器，作为前端AC - DC转换器和EMC滤波器。变压器采用层式结构，使用标准EF12.6铁氧体磁芯，设计反射电压约为90 V，其独特的绕组技术消除了初级和次级之间通常需要的Y1安全电容器。还使用了RCD钳位网络进行漏感去磁，VIPer12A - E的电源通过变压器的自供电绕组以正向配置获得，即使在短路条件下也能正常供电。
• 次级侧：采用TSM1052恒压恒流（CVCC）控制器，同样以正向配置供电。电压从次级绕组的一半（引脚8和6之间）获取，通过二极管D5整流后加到输出电压上。在所有工作条件下，TSM1052和光电二极管IC1B的电源电压等于输出电压加上半次级的正向整流电压，即使输出短路也能保证正确供电。输出端会出现两倍线频率的小纹波，可通过将C9替换为至少47 µF的电解电容器或直接将TSM1052和IC1B连接到输出电压来消除。此外，添加了电阻R7进行电缆压降补偿，其阻值约为0.3 Ω。

二、电气行为

1. 正常工作波形

在115 Vrms和230 Vrms输入电压下，转换器均在不连续传导模式（DCM）下工作。由于采用正向供电，(V{DD})电压与输入电压成正比，230 (V{ac})时的(V{DD})电压几乎是115 (V{ac})时的两倍。

2. 极端条件

• 空载：电路在空载时以突发模式工作，在整个输入电压范围内输入功率小于300 mW。
• 短路：输出短路时，VIPer12A - E和TSM1052的供电电压会出现最小值。

三、电气性能

1. 效率

在115 Vrms和230 Vrms两种标称电压下，不同输出电流对应的效率有所不同。总体来说，随着输出电流的增加，效率先上升后略有下降。空载功耗始终低于300 mW，符合更严格的标准。	Io [A]	115 Vrms效率	230 Vrms效率
0.1	62.5%	50.4%
0.2	69.9%	59.6%
0.3	70.1%	66.3%
0.4	71.6%	65.7%
0.5	70.0%	67.6%
0.6	70.3%	69.8%

2. 输出特性

输出特性在115 (V{ac})和230 (V{ac})输入下非常接近。在恒流区域，输出电压可以降至零。电缆压降补偿功能使得输出电压在负载变化时几乎保持恒定，没有该功能时，最大负载下输出电压会下降约3.1%。

3. 保持时间

在电源关闭阶段，输出电压平稳过渡，没有重启尝试或毛刺。在115 (V_{ac})的最坏情况下，保持时间约为17.1 ms。

四、传导噪声测量

在115 (V{ac})和230 (V{ac})两种标称电压下进行的传导噪声测量，采用峰值检测并考虑最坏相位，测量结果与EN55022 CLASS B规格规定的限值有良好的裕量。

五、热测量

使用红外相机对电路板进行热分析，在115 (V{ac})和230 (V{ac})输入、满载（(I{out} = 600 ~mA)）、环境温度(T{AMB}=25^{circ} C)的条件下，关键组件的温度如下：	115 (V_{ac})关键组件温度	230 (V_{ac})关键组件温度
R2（钳位）：69.2°C	R2（钳位）：70.4°C
R1（钳位）：72.3°C	R1（钳位）：72.7°C
IC2（VIPer12A - E）：63.0°C	IC2（VIPer12A - E）：67.9°C
D4（输出二极管）：66.3°C	D4（输出二极管）：66.1°C
TR1（绕组）：68.3°C	TR1（绕组）：70.4°C
TR1（铁氧体）：64.0°C	TR1（铁氧体）：66.0°C
PCB热点：66.2°C	PCB热点：68.5°C

六、物料清单（BOM）

该评估板的物料清单详细列出了各个组件的型号、尺寸和制造商，为工程师进行设计和采购提供了参考。

七、PCB布局

文档中给出了THT组件在顶层的放置和SMT组件在底层的放置以及铜轨布局图，合理的布局有助于提高电路的性能和稳定性。

综上所述，EVALTSM1052适配器凭借其小巧的尺寸、高效的性能和良好的电气特性，为旅行电池充电器应用提供了一个优秀的解决方案。各位工程师在实际设计中，是否也遇到过类似的电路设计挑战呢？如何进一步优化这种充电器的性能，值得我们深入思考。