超薄笔记本电脑电源适配器设计

　　对于力求新颖别致的笔记本电脑而言，它应该外形纤薄，且越薄越好，当然，它的电源也应如此。但要以合理的成本设计出能够装入厚度不足15毫米的机壳中的电源非常具有挑战性。尽管笔记本电源必须满足所有标准规范，但在超薄型适配器中并没有为体积较大的散热片或散热器预留空间。因此，为减少热量产生，电源应具有极高效率，且必须对其进行有效的散热设计。

　　本文介绍反激式转换器的一种创新设计方法，它通过先进的控制技术来提升所有功率水平的效率，并实现超低空载功耗。这种设计方法可使制造商以与标准“砖块式”笔记本适配器相当的成本生产出超薄笔记本适配器，同时这些超薄笔记本适配器的性能还超出了能源之星EPS v2.0的功率效率要求和其它全球性能效标准。

　　图1：典型的反激式转换器电路简图

　　TOPSwitch-HX在单个IC封装中集成了一个700V MOSFET、MOSFET栅极驱动和一个用户可选择限流点的PWM控制器。在使能状态下，控制器的振荡器在每个时钟周期开始时导通功率MOSFET。当电流达到限流点或达到反馈信号设置的占空比(PWM控制)时，MOSFET才会关断。PWM控制器关断MOSFET后，变压器绕组间的电压开始反向，输出二极管被正向偏置，电流开始流入次级绕组，从而补充输出电容中的电荷并将电流供应给负载。

　　PWM控制在高功率下可提供较高的效率，但当功率下降到中低水平时，效率将会随之降低。我们可以通过分析开关电源中损耗产生的原因来探究其中的缘由。电源中有两种基本损耗：电流流动产生的阻性损耗，以及电路中电感和电容负载产生的开关损耗。阻性损耗是电流均方根(RMS电流)的函数，因此，当功率水平较高时，阻性损耗就相当大。开关损耗与开关频率成比例。因此一般情况下，当功率较低时，将会出现开关损耗(随频率变化而变化)，从而严重限制电源的效率。

　　通过将开关频率保持在较低水平，可以降低开关损耗，从而提高中低功率下的效率。不过，通过提高频率可以减小某些元件(如变压器、输出电容和后级LC滤波器等)的尺寸，这一点对于设计薄型笔记本适配器很有利。

　　集成在TOPSwitch-HX器件中的700V MOSFET采用特殊制造技术，能以132kHz频率进行开关，其总体损耗比以更低频率工作的其它同类MOSFET产品低得多。利用132kHz的开关能力，PI研发出一种名为SlimCore的薄型变压器架构，这样就可以在薄型笔记本适配器应用中采用低成本的线绕变压器。

　　为克服PWM控制常见的效率限制问题，PI在TOPSwitch中采用了包含四种工作模式的多模式PWM引擎，以优化所有功率水平下的开关频率和均方根(RMS)电流(图2)。