基于PWM降压转换器AP3003的车载充电器的系统设计
基于pwm降压转换器ap3003的车载充电器的系统设计
随着电子技术的不断发展，手机、mp3、dsc等移动多媒体设备正逐渐成为人们生活中不可缺少的工具，与这些产品相对应的充电器设计也越来越受到关注
按照充电器的使用场合，可以分成家用型充电器和车载充电器，一般手机自带的充电器多数是家用型，即交流输入型；车载充电器是一种直流输入型的充电器，它的出现使移动设备的充电场合更加多样化目前bcd公司提供的比较常用的车载充电器方案的控制芯片主要有az34063a/c，az494b/d和ap3003
az34063a/c方案的优点是成本较低，缺点是限流点不准确，过热问题较为普遍；az494b/d方案的优点是设计灵活性较强，缺点是外围器件选择较复杂，需要选择合适的功率管、驱动电路，同时需要进行环路补偿设计ap3003方案的优点是外围器件较少，设计简单，控制精确，虽然成本比az34063a/c方案较高，但是其性价比却是三个方案中最高的
ap3003系列ic是bcd公司最新研发的dc/dc降压转换器该系列ic一共有四个电压版本：3.3v，5v，12v输出电压固定版本和adj输出电压可调版本芯片内部集成了功率管、驱动电路、控制电路和环
路补偿，大大简化了车载充电器系统的设计；芯片内部高达150khz的固定开关频率有效的缩减了外部器件的体积（主要是滤波电感和滤波电容的体积），从而节约了外部空间；最大3a的电流能力使ap3003可以满足大多数大容量电池充电的场合；同时芯片内部还设计了很多保护电路，例如限流保护和过温保护，这使得芯片在车载充电器系统中应用时更加安全可靠
（一）车载充电器系统技术指标及设计框图介绍
车载充电器的输入电压12v―36v，输出电压5.1v±0.1v，输出电流750ma±50ma充电器在给电池充电时，如果充电电流过大，可能会导致电池发热、寿命减短、甚至损坏，因此需要恒流（cc）功能，实现对输出电流的精确控制为了保证充电器不因为短路时输入功率过大而烧毁，需要短路保护功能
根据上述要求可以利用ap3003设计出车载充电器，原理框图如图1所示，包括三大部分：ap3003构建的基本降压电路、恒流恒压（cc/cv）电路和短路保护电路
图1 车载充电器系统设计框图
（二）ap3003构建的基本降压电路
这部分电路是整个车载充电器系统的核心部分，它为电池在充电过程中提供必须的电压和电流利用ap3003-adj设计电路如图2所示，分压电阻ra和rb用来设定输出电压，cff电容可以增加环路的相位裕度，提高系统稳定性，推荐取值范围为10nf到33nf
图2 ap3003构建的基本降压电路
（三）恒流恒压（cc/cv）电路
恒流恒压电路是利用as358做电压、电流信号的采样和放大，电路如图3所示，分为两部分，一部分是恒流环：采样电阻rs采样输出电流io，经过as358_1进行放大，放大倍数由r2/r1决定（r1=r3，r2=r4），放大后的信号通过二极管d1送到ap3003的fb管脚；另一部分是恒压环：电阻ra和rb采样输出电压vo，经过as358_2和二极管d2送到ap3003的fb管脚 根据 ，可以得到恒流点和恒压点的计算公式(e-1)和(e-2)：
(e-1)
(e-2)
其中vd1，vd2分别是二极管d1和d2的正向导通电压，vref是ap3003内部的基准电压，根据设计要求可以选择合适的rs，r2，r1，ra，rb和二极管，得到恒流点为750ma恒压点为5v的车载充电器系统，实验测试结果如图4所示
图3 利用as358设计的恒流恒压（cc/cv）电路
图4 v-i特性曲线
（四）短路保护电路
短路保护电路是利用一个晶体管来采样输出电压，根据输出电压在短路前后的状态变化判断是否发生短路，从而实现短路保护电路如图5所示为了方便示意短路与否，可以加入一个发光二极管做指示灯，如图6所示，短路发生后，放光二极管d3亮，消除短路后，重新启动电源，电路可以恢复正常工作
图5 短路保护电路
图6 含指示灯的短路保护电路
工作原理如下：短路发生后，输出电压经过ra和rb采样得到电压值无法维持三极管q1导通，于是q1关断，电容c1被充电，连接ap3003 en管脚的ven随着时间的推移电压不断升高，表达式如(e-3)所示，ven一旦高于en 管脚的阈值电压，整个系统停止工作，实现了短路保护的功能
（e-3）
短路保护设计需要注意两个方面，第一要避免短路保护电路影响系统启动，r1，c1的选择要保证短路保护开始动作的时间远大于系统启动时间；第二是要选择合适的r3，以保证r3的加入不会影响ra和rb所设定的输出电压值
从上述介绍和分析可以看出，利用bcd公司的ap3003和as358设计的车载充电器系统，设计简单，控制精确，功能齐全，是一款性价比较高的车载充电器方案，具有较大的市场应用前景
直流电机的优点与缺点
六一儿童节就要到了 介绍几款儿童智能手表
无标识的NPN和PNP传感器如何判断
首创！基于智能化温度感测的3D打印变速控制
通信机房的各个设备是怎么连接通信电源的
基于PWM降压转换器AP3003的车载充电器的系统设计
Vivado综合操作中的重定时（Retiming）
区块链的“Windows 2.0”时代缺乏技术人才
一文带你搞懂PID
解决视频监控“时间不一致”焦虑，靠NTP服务器实现！
JavaScript与物联网
工业互联网可以和互联网采取一样的模式吗
磁环电感与一体成型电感哪个比较好
多级分层分区和建模方案中涉及的主要时序和实现挑战
区块链并不适合用于医疗信息技术
汽车电子奔驰BLE和NFC模块拆解
三星宣布已完成对TWS的收购交易 将加速在美国5G市场的扩张
日本与韩国就关于半导体材料协商失败将进行第二轮
四度上榜，艾拉比获毕马威中国领先汽车科技50榜单领先企业奖
电解电容的作用
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az34063a/c方案的优点是成本较低，缺点是限流点不准确，过热问题较为普遍；az494b/d方案的优点是设计灵活性较强，缺点是外围器件选择较复杂，需要选择合适的功率管、驱动电路，同时需要进行环路补偿设计ap3003方案的优点是外围器件较少，设计简单，控制精确，虽然成本比az34063a/c方案较高，但是其性价比却是三个方案中最高的
ap3003系列ic是bcd公司最新研发的dc/dc降压转换器该系列ic一共有四个电压版本：3.3v，5v，12v输出电压固定版本和adj输出电压可调版本芯片内部集成了功率管、驱动电路、控制电路和环
路补偿，大大简化了车载充电器系统的设计；芯片内部高达150khz的固定开关频率有效的缩减了外部器件的体积（主要是滤波电感和滤波电容的体积），从而节约了外部空间；最大3a的电流能力使ap3003可以满足大多数大容量电池充电的场合；同时芯片内部还设计了很多保护电路，例如限流保护和过温保护，这使得芯片在车载充电器系统中应用时更加安全可靠
（一）车载充电器系统技术指标及设计框图介绍
车载充电器的输入电压12v―36v，输出电压5.1v±0.1v，输出电流750ma±50ma充电器在给电池充电时，如果充电电流过大，可能会导致电池发热、寿命减短、甚至损坏，因此需要恒流（cc）功能，实现对输出电流的精确控制为了保证充电器不因为短路时输入功率过大而烧毁，需要短路保护功能
根据上述要求可以利用ap3003设计出车载充电器，原理框图如图1所示，包括三大部分：ap3003构建的基本降压电路、恒流恒压（cc/cv）电路和短路保护电路
图1 车载充电器系统设计框图
（二）ap3003构建的基本降压电路
这部分电路是整个车载充电器系统的核心部分，它为电池在充电过程中提供必须的电压和电流利用ap3003-adj设计电路如图2所示，分压电阻ra和rb用来设定输出电压，cff电容可以增加环路的相位裕度，提高系统稳定性，推荐取值范围为10nf到33nf
图2 ap3003构建的基本降压电路
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(e-1)
(e-2)
其中vd1，vd2分别是二极管d1和d2的正向导通电压，vref是ap3003内部的基准电压，根据设计要求可以选择合适的rs，r2，r1，ra，rb和二极管，得到恒流点为750ma恒压点为5v的车载充电器系统，实验测试结果如图4所示
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电解电容的作用