LinkSwitch-TN节能型开关电源电路设计

某些电子设备和家用电器并不要使用输入与输出完全隔离的开关电源。例如，直流电机的驱动电源，空调、无霜冰箱和微波炉中的稳压电源，它们本身就属于隔离系统，因此可由非隔离式开关电源供电，但要求这种开关电源的电路简单、电源效率高。

pI公司于2004年一月最新推出LinkSwitch—TN系列四端非隔离式、节能型单片开关电源专用IC，它是专门为取代家用电器及工业范畴所用小功率线性电源而设计的，不仅能去掉笨重的电源变压器，还克服了阻容降压式线性电源负载特性差的缺陷。LinkSwitch—TN系列蕴含LNK304p／G、LNK305p／G、LNK306p／G共6种型号，最大输出电流为360mA，适用于家用电器中的控制电源以及LED驱动器。

1LinkSwitch—TN系列单片开关电源的性能特点

1）LinkSwitch—TN系列产品能以最少数量的外围元器件，构成非隔离式、节能型开关电源。与传统的“无源（靠电容降压）”处理办法相比，LinkSwitch－TN采用了EcoSmart节能技术，不仅能达到比电容降压式线性稳压电源更高的效率，而且可提高功率因

数。

2）使用灵活，既可设计成正压输出的降压式（Buck）电路，亦可设计成负压输出的降压或升压式（Buck-Boost）电路、降压式LED恒流驱动电路，能满足不同用户的要。

3）输入电压范围宽，在交流85～265V范围内具有良好的电压调整率和负载调整率。有两种工作模式可供选择，即继续模式（CCM），不继续模式（DCM），多数情况下选择不继续模式。

4）抗干扰能力强，低功耗。LinkSwitch—TN的开关频率为66kHz，频率抖动范围是4kHz。利用频率抖动技术能将电磁干扰降低10dB，还能减小EMI滤波器的功耗。功率MOSFET能快速导通，并且无过冲现象。当电源空载且输入电压为230V时，采用自供电降压电路的功耗仅为80mW；采用外部偏置电路时的功耗低至12mW。

5）保护功能完善。芯片内部有短路后自动重启动的保护电路、开环故障测试及保护电路、限流保护电路和具有滞后特性的过热保护电路。

在交流固定输入230（1±15％）V或交流宽范围输入（亦称通用输入）时，LinkSwitch—TN的最大输出电流值见表1。

2LinkSwitch—TN系列单片开关电源的接线方式

2.1LinkSwitch—TN的7种电路接线方式

LinkSwitch—TN的7种接线方式分别如图1（a）～（g）所示。用户可依据要选其中一种电路。

2.1.1正端降压式笔直反馈电路

——输出取决于输入（下同，不再赘述）；

——正压输出；

——UO

——电路简单，成本低；

——UO的精确度约为±10％。

2.1.2正端降压式光耦反馈电路

正端降压式光耦反馈电路见图1（b）。其紧要特点如下：

——正压输出；

——UO

——采用光耦反馈电路，由外部基准电压决定UO的精确度，输出端不要接负载电阻，空载时的功耗最低。

2.1.3负端降压式光耦反馈电路

负端降压式光耦反馈电路见图1（c）。其紧要特点如下：

——正压输出；

——UO

——采用光耦反馈电路，由外部基准电压决定UO的精确度，输出端不要接负载电阻。

2.1.4负端降压式LED恒流驱动电路

负端降压式LED恒流驱动电路见图1（d）。它适合驱动LED，其他特点与2.1.3相同。

2.1.5正端升压／降压式笔直反馈电路

正端升压／降压式笔直反馈电路见图1（e）。其紧要特点如下：

——负压输出；

——升压或降压式输出，做升压式输出时，

|UO|>UI；做降压式输出时，|UO|

——电路简单，成本低，UO的精确度约为±10％；

——即使功率MOSFET失效，输入端电压也不会加到输出端上而损坏负载。

2.1.6正端升压／降压式LED恒流驱动电路

正端升压／降压式LED恒流驱动电路见图1（f）。该电路适合驱动LED，它比图1（d）所示电路恒流驱动的精确度更高，受环境温度的影响更小。其他特点与2.1.5相同。

2.1.7负端升压／降压式光耦反馈电路

负端升压／降压式光耦反馈电路见图1（g）。其紧要特点如下：

——负压输出；

——升压或降压式输出，做升压式输出时，|UO|>UI；做降压式输出时，|UO|

——采用光耦反馈电路，由外部基准电压决定UO的精确度，输出端不要接负载电阻；

——即使功率MOSFET失效，输入端电压也不会加到输出端上；

——空载时的功耗最低。

2.2基本电路结构

由LinkSwitch—TN系列构成非隔离式电源时有两种基本电路结构，即Buck（降压式）变换器，BuckBoost（降压或升压式）变换器，分别如图2（a）及图2（b）所示。RF为熔断电阻器，VDIN1及VDIN2为输入级整流管。VDFW为超快恢复二极管。CIN1及CIN2为输入级滤波电容，LIN为输入级电感。CBp为旁路电容，RBAIS为偏置电阻。RFB，CFBB和VDFB分别为反馈电阻、反馈电容和反馈二极管。L为输出级电感，RpL为负载电阻。图2（a）及图2（b）所示电路的紧要差别是VDFW及L的接线位置不同。Buck变换器是将VDFW并联在源极与输入电压的负端之间，L串联在源极与输出电压的正端之间。BuckBoost变换器则与之相反。关于给定的LinkSwitch—TN芯片和电感值，选择Buck拓扑不仅可获得最大输出功率，还能降低LinkSwitch—TN芯片所承受的电压，减小通过滤波电感的均匀电流。

3LinkSwitch—TN系列单片开关电源的典型使用

由LNK304构成＋12V/120mA非隔离式开关电源的电路如图3所示，其输出功率为1.44W。该电路适用于空调、洗碗机、电饭煲等家用电器的控制电源，亦可用做夜间照明灯、LED驱动器、智能化电能表以及住宅供热控制器，在这些地方准许使用非隔离电源。

输入电路由可熔断电阻器RF、二极管VD1及VD2、电容C4及C5和电感L2组成。可熔断电阻器具有以下功能：

——对VD1和VD2起限流保护用途；

——降低串模噪声干扰；

——当其他元器件发生短路故障时，RF迅速被熔断，切断输入电压。

用可熔断电阻器代替保险管的优势是它在熔断时不会出现电火花或烟雾，既安全又不造成干扰。将二极管VD1和VD2串联后，耐压能力可提高到2kV，并且使噪声电流只在二极管导通时通过。

电源调整电路由LNK304、UF4005型超快恢复二极管VD3、输出储能电感L1和滤波电容C2组成。电感L1的峰值电流是由LNK304p的极限电流来限制的，其控制办法与TinySwitch中的开／关控制器很相近。

由于VD4（玻璃钝化的1N4005Gp）和VD3的正向压降相同，因此C3两端的电压能跟随输出电压的变化。C3上的电压经过电阻R1和R3分压后送至LNK304的引脚FB。为达到所期待的输出电压值，UFB应等于0.65V。LNK304是通过跳过周期的方式来对输出电压进行调节的。当输出电压升高时，流入引脚FB的电流IFB也会新增，若电流IFB>49μA，则随后的周期将被跳过去，直到IFB

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