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便携式笔记本车载适配器的常用方案简介

发布时间:2020-06-30 20:03:45 阅读: 来源:热压机厂家

随着消费类电子产品的高速发展和普及,以山寨笔记本、上网本、EPC等为代表的便携式笔记本成为注重移动性,便携性需求的移动办公或娱乐用计算机首选设备;便携式笔记本以其高性价比、高娱乐性、无线上网、移动办公、室外作业等优异性能,在办公、生活娱乐、便携式电子设备等领域正在不断得到更大规模的普及和应用。

考虑到便携式笔记本的移动性能,当在室外、野外等特殊环境下长时间使用时,除了提高便携式笔记本自备电池的续航能力外,还必须有合适的外接电源;随着家用汽车的普及,汽车蓄电池成为便携式笔记本室外供电的理想电源;由于常规便携式笔记本的输入供电电压不完全一致(山寨笔记本,EPC,常规笔记本大多在16V ~ 20V之间不等,上网本大部分为12V,不同品牌,不同厂家有差异),但是常规汽车蓄电池电压轿车为12V,卡车为24V,考虑到汽车蓄电池充满电和亏电的因素,一般轿车蓄电池电压在10V ~ 14.5V之间,卡车蓄电池电压在20V ~ 28V之间;因此,汽车蓄电池无法通过点烟器插头直接给便携式笔记本供电,必须经过电压变换,这就需要高转换效率、高输出功率(大多数在30W~90W之间)、高可靠性、环保节能、高性价比、小体积的直流电压转换方案,即便携式笔记本车载适配器方案。

便携式笔记本车载适配器既要考虑到电压匹配(根据实际笔记本供电需求不同,汽车蓄电池电压不同,电压转换可能需要升压Boost、降压Buck、升降压Buck-Boost等不同的拓朴结构),又要兼顾到汽车蓄电池的恶劣环境(瞬态尖峰毛刺电压,发动机噪声干扰,EMI等),同时还必须保证有足够的输出功率(一般便携式笔记本7~10英吋屏输入功率30W~50W左右,10~15英吋屏输入功率50W~90W左右)。

常规便携式笔记本车载适配器方案简介如下:

[1] 逆变器DC/AC+AC/DC适配器

优点:这个方案是在没有其它更好方案的情况下不得已的选择,由于AC/DC部分为便携式笔记本标配的交流适配器,因此可以直接与常规的汽车逆变器输出的220V交流电连接;

缺点:整体上系统比较复杂,成本较高;因为经过两级电源转换,总的系统变换效率非常低(总的最高效率也不超过60%),燃油经济性很差,极大的浪费能源,不划算。

其中DC/AC部分,目前市场上销售量最大、最常见的车载逆变器的输出功率为70W-150W之间,逆变器电路中主要采用TL494或KA7500芯片为主的脉宽调制电路。这个方案的主要实现方式是把车载电瓶的电压由DC12V或者DC24V直接转变成AC220V,然后再通过AC/DC Adapter给笔记本等供电。车载逆变器可分为正弦波输出和方波输出两种。

正弦波输出优点是:可提供不间断的高质量交流电,可适用任何负载。缺点是:其技术要求及电路结构比较复杂,成本较高。方波输出的优点是:其技术要求低,体积小,电路简单,价格低。

[2] 用反激式(FLYBACK)开关电源拓朴结构实现的适配器

图一PWM controller + MOSFET实现FLYBACK 示意图

优点:通过简单的系统设计,可以方便的实现降压、升压、升降压的变换。

缺点:由于系统需要外加功率开关管和开关变压器,开关频率也比较低(一般在30Khz~65K之间),整个系统相对来看,电路比较复杂、体积比较大、集成度不高(外围需要比较多的分立器件)、转换效率也不高(一般输出50W左右功率时,效率最高到80%左右);总体来讲,系统功率密度较低、体积较大不利于便携、性价比不高。

[3] Boost PWM Controller + MOSFET 车载适配器

图二PWM Controller + MOSFET实现BOOST功能示意图

优点:根据外围连接方式的不同,可以方便实现升压拓朴、升降压拓朴的应用。

缺点:由于外置功率管上的电压、电流、温度不受控,且工作在高温大电流状态,影响系统的长期可靠性因素较多,要确保系统安全可靠,需要额外增加辅助电路来实现;比如说:过压保护OVP、过流保护OCP、过热保护OTP等结果会造成电路复杂,系统成本增加,效率降低等不利因素。

[4] XLSEMI便携式笔记本车载供电的系列方案:

上海芯龙半导体有限公司长期专注于耐高压、高效率、大电流、高可靠性、高性价比单片开关电源集成电路的研究开发,针对便携式笔记本车载适配器方案,XLSEMI提供业界领先技术水平的一系列成熟、高效率、高性价比、高功率密度、高可靠性的单片大功率集成电路解决方案。

1、升压(Boost)拓扑结构:

这种拓朴结构能够直接把轿车的车载12V的电源升压到笔记本所需的16V~20V电压,输出电流能力2A~5A,参考示意图如下:

图三XL6010/XL6011实现BOOST功能示意图

特点:(1) 系统结构简单,设计方便灵活,可以达到很高的效率(50W输出时高达93%)。

(2) 由于大功率开关管内置,功率管的电压,电流,温度都受控;同时,芯片内置软启动电路、环路频率补偿电容、内部固定频率、全内置过压保护、过流保护、过热保护等电路,芯片的可靠性,安全性大大提高,外围器件很少,系统体积小,高功率密度,高性价比。

2、升降压(Buck-Boost)拓扑结构(SEPIC):

当需要用轿车蓄电池(10V~14.5V)给12V的便携式笔记本供电时;或者虽然便携式笔记本的供电要求在16V~20V左右,但是要求兼容到12V和24V两种蓄电池取电时,就必须用到升降压的拓朴结构。

图三XL6010/XL6011实现SEPIC Buck-Boost功能示意图

特点:(1)系统结构简单,设计方便灵活,可以达到较高的效率(50W输出时高达90%)。

(2)同比最简单、高效、小体积单片全内置的升降压方案,高功率密度和高性价比。

3、降压(Buck)拓朴结构

当要求只通过卡车24V蓄电池取电给便携式笔记本或其他车载电子设备供电时,仅需要单纯降压就好了;XL4005/4012 降压应用电路(VIN=20V~30V ,VOUT= 12V/16V/19V)

图四 XL4005/4012实现BUCK功能示意图

特点:(1)全内置型单片高电压、高频率、高效率、大电流、高可靠性、高性价比集成电路。

(2)系统设计简单、方便灵活、高功率密度。

(3)常规的过流保护,过热保护,输出短路保护都内置。

(4)高效率,在输入电压20V-30V,输出功率50W时效率高达90%以上。

[5] XLSEMI 笔记本车载适配器方案快速选型表

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