guofu：
高效率離線式開關(guān)IC其特點(diǎn)與應(yīng)用 本文介紹可替代線性變壓器的新型高效率離線式開關(guān)IC(LNK562P)其特點(diǎn)、性能與應(yīng)用LNK562設(shè)計(jì)的恒壓/恒流線性電源替代方案及應(yīng)用技巧.關(guān)鍵詞:離線式開關(guān)線性變壓器偏置繞組節(jié)能技術(shù)1、前言-一種替代線性變壓器的新型高效率離線式開關(guān)LinkSwitch(離線式)-LP開關(guān)IC(LNK562-564)可以低成本優(yōu)勢(shì)替代那些基于非穩(wěn)壓隔離式線性變壓器(50/60Hz)、輸出功率達(dá)到3W的電源.由于其可全球工作的特點(diǎn),只用一個(gè)通用輸入的設(shè)計(jì)就可替代全世界多種基于線性變壓器的設(shè)計(jì).采用自供電電路可達(dá)到低于150mW的極低空載能耗.又可通過內(nèi)部振蕩頻率的抖動(dòng)大大降低了準(zhǔn)峰值和平均值的EMI,從而降低濾波器成本.它可廣泛使用在下列領(lǐng)域:手機(jī)或無繩電話、PDA、電動(dòng)工具、MP3或便攜式音頻設(shè)備、剃須刀等使用的充電器;待機(jī)及輔助電源.圖1為L(zhǎng)inkSwitch(離線式)-LP開關(guān)IC(LNK562-564)內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖2、LinkSwitch-LP開關(guān)引腳功能(見圖1)所示*漏極(D)引腳:功率MOSFET的漏極連接點(diǎn).在開啟及穩(wěn)態(tài)工作時(shí)提供內(nèi)部操作電流.*旁路(BP)引腳:一個(gè)0.1μF的外部旁路電容連接到這個(gè)引腳,用于生成內(nèi)部的5.8V供電電源.*反饋(FB)引腳:在正常操作下,功率MOSFET的開關(guān)由此引腳控制.當(dāng)流向這個(gè)引腳的電流超過70μA時(shí),MOSFET開關(guān)就被關(guān)閉.*源極(S)引腳:這個(gè)引腳是功率MOSFET的源極連接點(diǎn).它也是旁路和反饋引腳的接地參考.3、LinkSwifch-LP結(jié)構(gòu)特征LinkSwifch-LP在一片晶圓上包括一個(gè)700V的功率MOSFET開關(guān)(圖1右邊所示)及一個(gè)電源控制器.與通常的PWM(脈沖寬度調(diào)制)控制器不同,它使用了一個(gè)簡(jiǎn)單的開/關(guān)控制來調(diào)節(jié)輸出電壓.這個(gè)控制器包括一個(gè)振蕩器、反饋(感測(cè)及邏輯)電路、5.8V穩(wěn)壓器,旁路引腳欠壓電路、過熱保護(hù)、頻率抖動(dòng)、電流限流電路及前沿消隱功能.3.1振蕩器LNK562、563及564的典型振蕩器頻率分別為66/83/100kHz的平均水平.振蕩器生成了兩個(gè)信號(hào):最大占空比信號(hào)(DCMAX)以及顯示每個(gè)開關(guān)周期開始的時(shí)鐘信號(hào).振蕩器具有的電路可導(dǎo)入少量的頻率抖動(dòng),通常為5%的開關(guān)頻率以將EMI降低到最小.頻率抖動(dòng)的調(diào)制速率設(shè)置在1kHz的水平,目的是降低平均及準(zhǔn)峰值的EMI,并給予優(yōu)化.頻率抖動(dòng)與振蕩器頻率成正比,測(cè)量時(shí)應(yīng)把示波器觸發(fā)設(shè)定在漏極電壓波形的下降沿來測(cè)量.圖2的波形顯示了頻率抖動(dòng)狀態(tài).當(dāng)FB引腳電壓低于如下描述的1.69V時(shí),振蕩器頻率會(huì)降低.3.2反饋輸入電路在FB引腳的反饋輸入電路包括了一個(gè)輸出設(shè)置在1.69V的低阻抗源極隨器(圖1左端).當(dāng)流入到此引腳的電流超過70μA,在反饋電路輸出端生成一個(gè)低邏輯電平(禁止).在每個(gè)周期起始時(shí),對(duì)應(yīng)時(shí)鐘信號(hào)的上升沿對(duì)這一輸出進(jìn)行采樣.如果為高,則功率MOSFET會(huì)在那個(gè)周期導(dǎo)通(啟用),否則功率MOSFET將仍處于關(guān)閉狀態(tài)(禁止).由于取樣僅在每個(gè)周期的開始時(shí)進(jìn)行,此周期中隨后產(chǎn)生的FB引腳電壓或電流的變化對(duì)MOSFET狀態(tài)都不構(gòu)成影響.當(dāng)FB引腳電壓下降到1.69V以下時(shí),振蕩器頻率開始線性下降;到自動(dòng)重啟閾值電壓0.8V時(shí)頻率會(huì)降到48%的水平上.這一功能在輸出電壓低于額定穩(wěn)壓閾值電壓VR情況下限定電源的輸出電流,見圖3(a)簡(jiǎn)化典型圖所示.3.35.8V穩(wěn)壓器及6.3V分流電壓箝位從圖1可知,只要MOSFET處在關(guān)閉狀態(tài),5.8V穩(wěn)壓器就會(huì)從漏極的電壓吸收電流,將連接到旁路引腳BP的旁路電容(見圖3(a)所示)充電到5.8V.而旁路引腳是內(nèi)部供電電壓節(jié)點(diǎn).當(dāng)MOSFET開啟時(shí),器件將貯存在旁路電容內(nèi)的能量用光.內(nèi)部電路極低的功率耗散使linkSwitch-LP可使用從漏極吸收的電流持續(xù)工作.一個(gè)0.1μF的旁路電容就足夠?qū)崿F(xiàn)高頻率的去藕及能量存儲(chǔ).另外,當(dāng)有電流從外部提供給旁路引腳時(shí),一個(gè)6.3V的分流穩(wěn)壓箝位電路(圖1所示)會(huì)將旁路引腳電壓箝在6.3V.這樣就很方便從偏置繞組通過一個(gè)電阻由外部向器件供電,從而將空載能耗降低到50mW以下.3.4旁路引腳欠壓箝位引腳欠壓電路在箝位引腳電壓下降到4.85V以下時(shí)關(guān)閉功率MOSFET.一旦箝位引腳電壓下降到4.85V之下,它必須在上升回5.8V才可重新開啟功率MOSFET.3.5過熱保護(hù)熱關(guān)斷電路檢測(cè)結(jié)的溫度.閾值設(shè)置在142oC并具備75oC的遲滯范圍.當(dāng)結(jié)溫度超過這個(gè)閾值(142oC),功率MOSFET關(guān)閉,直到結(jié)溫度下降75oC,MOSFET才會(huì)重新開啟.3.6電流限流電流限流電路檢測(cè)功率MOSFET的電流.當(dāng)電流超過內(nèi)部閾值(ILIMIT)時(shí),在該周期剩余階段會(huì)關(guān)斷功率MOSFET.在功率MOSFET開啟后,前沿消隱電路會(huì)將電流限流比較器抑制片刻(tLEB).通過設(shè)置前沿消隱時(shí)間,可以防止由電容及整流管反向恢復(fù)時(shí)間產(chǎn)生的電流尖峰引起導(dǎo)通的MOSFET提前誤關(guān)斷.3.7自動(dòng)重啟動(dòng)一旦出現(xiàn)故障,例如在輸出短路或開環(huán)情況下,LinkSwitch-LP進(jìn)入自動(dòng)重啟動(dòng)操作.每個(gè)FB引腳電壓超過反饋引腳的自動(dòng)重啟動(dòng)閾值電壓(VFB(AR))時(shí),一個(gè)由振蕩器記時(shí)的內(nèi)部記數(shù)器會(huì)重新設(shè)置.如果FB引腳電壓下降到低于(VFB(AR))并超過了100ms時(shí),功率MOSFET開關(guān)被關(guān)閉.自動(dòng)重啟動(dòng)電路以一個(gè)12%典型占空比對(duì)功率MOSFET進(jìn)行交替使能和關(guān)閉,直到故障排除為止.4、關(guān)于LinkSwifch-LP(LNK562-564)的特性4.1最低的系統(tǒng)成本以及先進(jìn)的安全特性(從圖3(a)可看出)*它是外圍元件數(shù)目最少的開關(guān)器件;*IC調(diào)節(jié)技術(shù)使得各項(xiàng)參數(shù)的公差非常嚴(yán)格,采用獨(dú)特專用的脈沖變壓器結(jié)構(gòu)技術(shù)實(shí)現(xiàn)無箝位電路(Clampless)設(shè)計(jì),則降低了外圍元件的數(shù)目和系統(tǒng)的成本,同時(shí)也提高了效率;*滿足行業(yè)內(nèi)對(duì)過載熱保護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)要求,從而無需線性變壓器使用的溫度保險(xiǎn)絲或在RCC恒壓設(shè)計(jì)中使用的額外元件;*因引入少量(5%)頻率抖動(dòng),極大地降低了EMI,便可使用低成本的輸入濾波器;*無論在PCB板上還是在封裝上都保證高壓漏極與其它所有引腳之間滿足高壓漏電要求;*獲專利的E-Shield(屏蔽)變壓器省去了Y電容.4.2優(yōu)于線性變壓器及RCC的出色性能*具有遲滯熱關(guān)斷保護(hù),,可自動(dòng)恢復(fù)功能提高了應(yīng)用的可靠性;*通用輸入范圍可在全世界范圍內(nèi)使用;*自動(dòng)重啟動(dòng)功能在短路及開環(huán)電路故障狀況下可將輸出功率降低85%以上;*簡(jiǎn)單的開/關(guān)控制,無需環(huán)路補(bǔ)償;*高帶寬提供快速的無過沖啟動(dòng)及出色的瞬態(tài)負(fù)載響應(yīng).4.3EcoSmart-節(jié)能技術(shù)*無需任何附加元件,輕松達(dá)到全球所有的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn);*在265VAC輸入時(shí)的空載能耗1);*實(shí)際變壓器設(shè)計(jì)中使用合適尺寸的磁芯(參見表2);*器件通過源極引腳焊接到PCB板足夠大的銅鉑區(qū)域上,以使源極引腳溫度保持或低于100℃;*開放式架構(gòu)設(shè)計(jì)的環(huán)境溫度是50℃,適配器設(shè)計(jì)的殼體內(nèi)溫度是60℃.當(dāng)KP值小于1時(shí),Kp是初級(jí)電流脈動(dòng)部分與峰值部分的比率.KP高于數(shù)值l時(shí),KP是初級(jí)MOSFET關(guān)閉時(shí)間與次級(jí)二極管導(dǎo)通時(shí)間的比率.由于有對(duì)磁通密度的要求,一個(gè)典型的LinkSwitch-LP設(shè)計(jì)通常是不連續(xù)的,優(yōu)點(diǎn)是可使用低成本的快速(超快速)輸出二極管作為輸出整流,同時(shí)可以降低EMI.6.2無箝位設(shè)計(jì)無箝位設(shè)計(jì)完全依賴漏極節(jié)點(diǎn)電容來控制漏極電感引起的峰值漏極-源極電壓.因此最大AC輸入電壓、VoR(輸出反射電壓)的數(shù)值、漏感能量(是漏感和峰值初級(jí)電流的函數(shù))以及初級(jí)繞組電容決定了峰值漏極電壓.在沒有任何功率耗散元件作為外部電壓箝位的情況下,更長(zhǎng)的漏感振蕩持續(xù)時(shí)間會(huì)導(dǎo)致EMI升高.對(duì)于一個(gè)通用輸入的設(shè)計(jì)或230VAC輸入的無箝位設(shè)計(jì),請(qǐng)注意如下建議:*無箝位設(shè)計(jì)應(yīng)在輸出功率≤2.5W并使用≤90V的VoR的情況下使用;*對(duì)于輸出功率2W的設(shè)計(jì),初級(jí)繞組應(yīng)采用雙層繞制的結(jié)構(gòu)以確保初級(jí)匝間電容在25pF到50pF的足夠大范圍內(nèi);*對(duì)于輸出功率小于2.5W大于2W的設(shè)計(jì),必須在變壓器中增加一個(gè)偏置繞組并使用標(biāo)準(zhǔn)恢復(fù)時(shí)間的二極管(1N4003-1N4007)進(jìn)行整流,作為箝位功能.從偏置繞組電容連接一個(gè)電阻到旁路引腳BP,可以從外部向器件供電.這樣的設(shè)計(jì)禁止了內(nèi)部高壓電流源的操作,降低了器件本身功耗及電源空載功耗;*對(duì)于輸出功率大于2.5W的設(shè)計(jì),無箝位設(shè)計(jì)不可行,需要在器件外部增加RCD(電阻電容器二極管)或Zener(齊納二極管)箝位電路;*必須保證在最差情況下,比如高輸入電壓、峰值漏極電壓低于內(nèi)部MOSFET的BVDss規(guī)格,最理想狀況是≤650V,從而為設(shè)計(jì)留有裕量.VOR(輸出反射電壓)是在次級(jí)二極管導(dǎo)通期間輸出電壓加上二極管正向?qū)▔航?通過變壓器的變比反射到初級(jí)繞組上的電壓.直流總線電壓、漏感尖峰電壓以及VOR決定了峰值漏極電壓.6.3噪音的抑制在LinkSwitch-LP中使用的周期跳頻模式能使變壓器產(chǎn)生音頻噪音.為抑制噪音,應(yīng)將變壓器的峰值磁芯磁通密度設(shè)計(jì)在低于1500高斯(150mT)之下.按照設(shè)計(jì)指南使用標(biāo)準(zhǔn)的浸漬清漆變壓器制造技術(shù),就能夠消除噪音.不推薦真空浸漬的變壓器,因?yàn)橄鄬?duì)于清漆浸漬來講其效果并不明顯.盡管真空浸漬具有提高變壓器分布電容的好處(對(duì)無箝位設(shè)計(jì)有所幫助),它同樣會(huì)擾亂變壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的電氣效果,尤其是在使用了屏蔽繞組情況下.更高的磁通密度也是可行的,這樣可以如上表2所示,提高了變壓器輸出功率的能力.然而必須仔細(xì)對(duì)變壓器噪音進(jìn)行評(píng)估,最好在設(shè)計(jì)確認(rèn)前使用生產(chǎn)過程中的變壓器樣品進(jìn)行測(cè)試.在箝位電路中使用象Z5U介質(zhì)的陶瓷電容同樣會(huì)產(chǎn)生噪音.在這種情況下,嘗試使用其他不同介質(zhì)材料或結(jié)構(gòu)的電容,例如薄膜型電容.6.4偏置繞組反饋要在偏置繞組反饋設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)最佳的輸出穩(wěn)壓精度,應(yīng)使用一個(gè)慢速二極管例如1N400x系列作為整流.它會(huì)有效抑制漏感尖峰,從而提高反饋精度.而在使用快恢復(fù)時(shí)間二極管時(shí),漏感尖峰會(huì)引起誤差,造成穩(wěn)壓精度下降.在無箝位電路的設(shè)計(jì)中必須要使用慢速二極管. 甘國(guó)福[圖片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='這是一張縮略圖，點(diǎn)擊可放大。\n按住CTRL，滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/37/1136367387.jpg');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">