LinkSwitch-TN产品系列

LNK302/304-306LinkSwitch-TN产品系列元件数目最少的高效离线式开关IC图1.典型的降压型(BUCK)转换器应用(关于其它电路的应用请参见应用范例部分)产品特色替代线性及电容降压式电源的低成本解决方案•成本最低、元件数目最少的降压型(BUCK)转换器方案•完全集成的自动重启动功能，用于短路及开环故障保护—节省了外围元件的成本•LNK302简化了控制器，不具备自动重启动功能，从而降低系统成本•具有精确的限流点且工作在66kHz—可使用普通的1mH电感达到120mA的输出电流•严格的参数公差与微小的可以忽略不计的温度漂移•高达700V的击穿电压提供了良好的抵抗输入浪涌的能力•频率调制技术极大地降低了EMI(~10dB)—降低了EMI滤波器的成本•很高的过温关断保护点(最小+135°C)与分立元件的降压型或无源元件电源方案相比具备更好的特性•支持降压(Buck)、降压－升压(Buck－Boost)及反激拓扑结构•提供系统级的过热、输出短路及控制环开路保护•既使采用典型的电路结构也可达到优秀的输入及负载调整率•高带宽提供了无过冲的快速启动•限流工作方式抑制了线电压的纹波•全球输入电压范围(85VAC至265VAC)•内置的限流点及具备迟滞特性的过热保护•与无源元件电源方案相比效率更高•相对于电容降压式方案其功率因数更高•可以完全实现电源的SMD生产EcoSmart®—极高效率•使用自供电的降压型拓扑结构(光耦反馈方式)，在115/230VAC输入电压下，其空载功率消耗典型值分别为50/80mW•使用外部偏置绕组供电的反激拓扑结构，在115/230VAC输入电压下，其空载功率消耗典型值分别为7/12mW•满足加州能源委员会(CEC)、能源之星及欧盟的相关标准要求应用•家用电器及计时器•LED驱动及工业控制®表1.注释：1.输出电流的典型值是在非隔离的降压型转换器中测量得到的。输出功率的能力依赖于其输出电压的高低。参见主要应用指南部分关于假设条件的详细解释，其中包括完全非连续(DCM)工作方式的说明。2.极度非连续导通方式。3.连续导通方式。4.封装：P:DIP-8B,G:SMD-8B。关于无铅封装形式，请参考订购信息。详述LinkSwitch-TN特别用来替代输出电流小于360mA的所有线性及电容降压式非隔离电源。其系统成本与所替代的电源相等，但性能更好、效率更高。LinkSwitch-TN在一片IC上面集成了一个700V的功率MOSFET、振荡器、简单的开/关控制电路、高压开关电流源、频率调制、逐周期的电流限制及过温保护电路。器件在启动及工作期间的功率消耗直接由漏极引脚的电压来提供，因此在BUCK及反激式转换器中可节省偏置供电的相关电路。在LNK304-306器件中完全集成的自动重启动电路在短路、开环的故障情况下，安全地限制了输出功率，减少了元器件的数目，降低了在系统级用于负载保护电路的成本。如有必要，IC的自供电操作允许使用没有安规要求的光耦器作为电平转换，以改善输入电压调整率及负载调整率。December2006输出电流表1产品型号4230VAC±15%85-265VACMDCM2CCM3MDCM2CCM3LNK302P或G63mA80mA63mA80mALNK304P或G120mA170mA120mA170mALNK305P或G175mA280mA175mA280mALNK306P或G225mA360mA225mA360mALNK302/304-306版本H12/062图2a.功能框图(LNK302)图2b.功能框图(LNK304-306)LNK302/304-306版本H12/063引脚功能描述漏极(D)引脚：功率MOSFET的漏极连接点。在开启及稳态工作时提供内部操作电流。旁路(BP)引脚：0.1µF外部旁路电容的连接点，用于内部产生的5.8V供电电源。反馈(FB)引脚：在正常工作情况下，功率MOSFET的开关由此引脚来控制。当流入此引脚的电流大于49µA时，MOSFET的开关被终止。源极(S)引脚：此引脚为功率MOSFET的源极连接点。同时也是旁路和反馈引脚的接地参考。LinkSwitch-TN功能描述LinkSwitch-TN在一个器件上结合了一个高压功率MOSFET开关及一个电源控制器。与传统的PWM(脉宽调制)控制器不同，LinkSwitch-TN采用简单的开/关控制器来调节输出电压。LinkSwitch-TN的控制器包括一个振荡器、反馈电路(检测及逻辑电路)、5.8V稳压电路、旁路引脚欠压电路、过温保护、频率调制、限流电路、前沿消隐电路及一个700V的功率MOSFET。LinkSwitch-TN还另外集成了用于自动重启动的保护电路。振荡器典型的振荡器频率由内部设置，其平均频率为66kHz。振荡器可生成两个信号：最大占空比信号(DCMAX)及每个开关周期开始的时钟信号。LinkSwitch-TN的振荡器电路可产生轻微的频率调制，通常为4kHz峰峰值用来降低EMI。频率调制的调制速率设置在1kHz的水平，目的是优化EMI并降低其平均值及准峰值。测量频率调制时应把示波器触发设定在漏极电压波形的下降沿来测量。图4的波形显示了LinkSwitch-TN的频率调制状态。反馈输入电路在FB引脚的反馈输入电路由一个低阻抗的源极跟随器输出，其输出设定为1.65V。当流入此引脚的电流大于49µA时，在反馈电路的输出会产生一个低的逻辑电平信号(禁止信号)。在每个时钟信号的上升沿，对此输出电平进行采样。如果采样值为高电平，功率MOSFET在此周期开通(使能)。相反，如果此采样电平为低电平，功率MOSFET会保持关断状态(禁止)。由于采样仅在每个周期信号的上升沿处进行，此周期中随后产生的FB引脚电压或电流的变化对MOSFET状态都不构成影响。5.8V稳压器及6.3V分路电压箝位在MOSFET处在关闭期间，5.8V稳压器就会从漏极吸取电流，将连接到旁路引脚的旁路电容充电到5.8V。旁路引脚是LinkSwitch-TN的内部电源电压节点。当MOSFET导通时，LinkSwitch-TN器件利用储存在旁路电容内的能量供电。内部电路极低的功率消耗使LinkSwitch-TN仅依靠从漏极引脚吸收的电流持续工作。一个0.1µF的旁路电容就足够实现高频去耦及能量存储。另外，当有电流通过一个外接电阻提供给旁路引脚时，芯片内部的一个6.3V的分流稳压箝位电路会将旁路引脚电压箝位在6.3V。利用外部的偏置绕组向LinkSwitch-TN供电，可以将空载能耗降低到50mW以下。旁路引脚欠压保护旁路引脚欠压电路在旁路引脚电压下降到4.85V以下时关闭功率MOSFET的开关。一旦旁路引脚电压下降到4.85V之下，它必须再上升回5.8V才可重新使能(开启)功率MOSFET的开关。过热保护热关断电路检测硅片的温度。阈值设置在142°C并具备75°C的迟滞范围。当结温度超过这个阈值(142°C)时，功率MOSFET的开关被禁止，直到结温度下降75°C，MOSFET才会重新开启。电流限制电流限制电路检测功率MOSFET的电流。当电流超过内部阈值(ILIMIT)，在该周期剩余阶段会关断MOSFET。在功率MOSFET开启后，前沿消隐电路会在短时间内(tLEB)禁图3.引脚布局LNK302/304-306版本H12/064图5.采用LinkSwitch-TN器件、宽电压输入12V、120mA恒压输出的电源止电流限流比较器。通过设置前沿消隐时间，可以防止由电容及次级整流管反向恢复时产生的电流尖峰引起开关脉冲的提前误关断。自动重启动(限于LNK304-306)一旦出现故障，例如在输出过载、输出短路或开环情况下，LinkSwitch-TN进入自动重启动操作。每当FB引脚电压被拉高时，一个对振荡器记时的内部记数器会重新置位。如果50ms内FB引脚未被拉高，功率MOSFET开关就会被禁止800毫秒。自动重启动电路使功率MOSFET间断性地开通和关闭，直到故障排除为止。应用范例宽电压输入的1.44W降压型转换器图5所示的电路为一个典型的输出为12V、120mA的非隔离电源。它通常应用于家用电器的控制，比如电饭煲、洗碗机及其它白色家电。此电路还适合于其它非隔离供电的应用，比如夜间照明灯、LED驱动、电表及住宅加热控制器等。图4.频率抖动输入级由保险电阻RF1、二极管D3和D4、电容C4和C5以及电感L2组成。电阻RF1为阻燃可熔的绕线电阻，它同时具备多个功能：a)将整流管D3和D4的浪涌电流限制在安全的范围；b)差模噪声的衰减；c)在其它任何元件出现短路故障时，充当输入保险丝的功能(元件故障时必须安全开路，不应产生任何冒烟、冒火及过热发光现象)。功率处理级由LinkSwitch-TN、续流二极管D1、输出电感L1及输出电容C2构成。选用LNK304器件使电源工作在极度非连续工作方式(MDCM)。对于此极度非连续的工作方式，二极管D1采用反向恢复时间(trr)约为75ns的超快恢复二极管。而对于连续工作方式(CCM)的设计，建议使用反向恢复时间(trr)小于等于35ns的二极管。电感L1为非定制标准电感，具有适当的RMS电流额定值(要满足温升要求)。电容C2是输出滤波电容，其主要功能是限制输出电压纹波。输出电压的纹波最主要取决于输出电容的ESR而非电容的容量。为了简化近似，二极管D1和D2的正向导通压降是相同的。因此，C3两端的电压会跟踪输出电压。连接到U1FB引脚由R1和R3组成的电阻分压器对C3的电压进行检测及稳压。选取R1和R3的阻值，使得FB引脚电压为1.65V时，输出电压为所要求的稳压值。通过丢开关周期的方法来维持输出电压的稳定。当输出电压上升时，流入FB引脚的电流增加。如果此电流超过IFB值，则随后的周期就会被丢掉，直到此电流低于IFB值时才会有周期执行开关操作。因此，随着负载的减轻，会有更多的周期被丢掉。而当负载加重时，只有很少的周期被丢掉。如果在50ms期间没有任何周期被丢掉，LinkSwitch-TN(限于LNK304-306)会进入自动重启动状态以提供过载保护，并将平均输出功率限制在最大过载功率约6％的水平上。在轻载或空载情况下，由于输出电压和C3两端电压存在跟踪误差，在输出端可能需要一个很小的假负载(R4)。对于图5当中的设计，如果对空载输出电压有要求，则R4的阻值应降低到2.4kΩ。LNK302/304-306版本H12/065图6a.降压型转换器电路中采用LinkSwitch-TN器件P或G封装的PCB板建议布局主要应用指南LinkSwitch-TN设计考量输出电流表数据手册中的表1列出了LinkSwitch-TN器件的最大输出电流能力。对于某个LinkSwitch-TN器件而言，表中列出的电流值是指在极度非连续工作方式(MDCM)和连续工作方式下它能提供的最大连续输出电流。其假定的工作条件如下：1)降压型(BUCK)拓扑转换器。2)最低的直流输入电压大于等于70V。必须使用足够大的输入电解电容来满足此要求。3)对于连续导通工作方式(CCM)，KRP*取值0.4。4)输出电压为12V。5)效率75%。6)对于极度非连续工作方式(MDCM)，续流二极管的反向恢复时间trr小于等于75ns；对于连续工作方式(CCM)，二极管的反向恢复时间trr小于等于35ns。7)器件的源极引脚焊接在面积足够大的铺铜区域，使得源极引脚的温度低于100°C。*KRP为电感电流纹波部分与峰值部分的比值。LinkSwitch-TN器件的选择以及工作方式MDCM和CCM的选择基于最低的整体成本选择LinkSwitch-TN器件、续流二极管以及输出电感。一般来讲，MDCM工作方式可以使成本最低，同时实现最高效率的转换器设计。CCM工作方式在任何情况下都需要较大的电感及超快恢复续流二极管(trr≤35ns)。在MDCM工作方式中选用较大型号的LinkSwitch-TN，相对于在CCM工作方式下使用较小型号的LinkSwitch-TN，其成本更低。因为在CCM设