LinkSwitch-TN節能型開關電源電路設計

某些電子設備和家用電器并不要使用輸入與輸出完全隔離的開關電源。例如，直流電機的驅動電源，空調、無霜冰箱和微波爐中的穩壓電源，它們本身就屬于隔離系統，因此可由非隔離式開關電源供電，但要求這種開關電源的電路簡單、電源效率高。

pI公司于2004年一月最新推出LinkSwitch—TN系列四端非隔離式、節能型單片開關電源專用IC，它是專門為取代家用電器及工業范疇所用小功率線性電源而設計的，不僅能去掉笨重的電源變壓器，還克服了阻容降壓式線性電源負載特性差的缺陷。LinkSwitch—TN系列蘊含LNK304p／G、LNK305p／G、LNK306p／G共6種型號，最大輸出電流為360mA，適用于家用電器中的控制電源以及LED驅動器。

1LinkSwitch—TN系列單片開關電源的性能特點

1）LinkSwitch—TN系列產品能以最少數量的外圍元器件，構成非隔離式、節能型開關電源。與傳統的“無源（靠電容降壓）”處理辦法相比，LinkSwitch－TN采用了EcoSmart節能技術，不僅能達到比電容降壓式線性穩壓電源更高的效率，而且可提高功率因

數。

2）使用靈活，既可設計成正壓輸出的降壓式（Buck）電路，亦可設計成負壓輸出的降壓或升壓式（Buck-Boost）電路、降壓式LED恒流驅動電路，能滿足不同用戶的要。

3）輸入電壓范圍寬，在交流85～265V范圍內具有良好的電壓調整率和負載調整率。有兩種工作模式可供選擇，即繼續模式（CCM），不繼續模式（DCM），多數情況下選擇不繼續模式。

4）抗干擾能力強，低功耗。LinkSwitch—TN的開關頻率為66kHz，頻率抖動范圍是4kHz。利用頻率抖動技術能將電磁干擾降低10dB，還能減小EMI濾波器的功耗。功率MOSFET能快速導通，并且無過沖現象。當電源空載且輸入電壓為230V時，采用自供電降壓電路的功耗僅為80mW；采用外部偏置電路時的功耗低至12mW。

5）保護功能完善。芯片內部有短路后自動重啟動的保護電路、開環故障測試及保護電路、限流保護電路和具有滯后特性的過熱保護電路。

在交流固定輸入230（1±15％）V或交流寬范圍輸入（亦稱通用輸入）時，LinkSwitch—TN的最大輸出電流值見表1。

2LinkSwitch—TN系列單片開關電源的接線方式

2.1LinkSwitch—TN的7種電路接線方式

LinkSwitch—TN的7種接線方式分別如圖1（a）～（g）所示。用戶可依據要選其中一種電路。

2.1.1正端降壓式筆直反饋電路

——輸出取決于輸入（下同，不再贅述）；

——正壓輸出；

——UO

——電路簡單，成本低；

——UO的精確度約為±10％。

2.1.2正端降壓式光耦反饋電路

正端降壓式光耦反饋電路見圖1（b）。其緊要特點如下：

——正壓輸出；

——UO

——采用光耦反饋電路，由外部基準電壓決定UO的精確度，輸出端不要接負載電阻，空載時的功耗最低。

2.1.3負端降壓式光耦反饋電路

負端降壓式光耦反饋電路見圖1（c）。其緊要特點如下：

——正壓輸出；

——UO

——采用光耦反饋電路，由外部基準電壓決定UO的精確度，輸出端不要接負載電阻。

2.1.4負端降壓式LED恒流驅動電路

負端降壓式LED恒流驅動電路見圖1（d）。它適合驅動LED，其他特點與2.1.3相同。

2.1.5正端升壓／降壓式筆直反饋電路

正端升壓／降壓式筆直反饋電路見圖1（e）。其緊要特點如下：

——負壓輸出；

——升壓或降壓式輸出，做升壓式輸出時，

|UO|>UI；做降壓式輸出時，|UO|

——電路簡單，成本低，UO的精確度約為±10％；

——即使功率MOSFET失效，輸入端電壓也不會加到輸出端上而損壞負載。

2.1.6正端升壓／降壓式LED恒流驅動電路

正端升壓／降壓式LED恒流驅動電路見圖1（f）。該電路適合驅動LED，它比圖1（d）所示電路恒流驅動的精確度更高，受環境溫度的影響更小。其他特點與2.1.5相同。

2.1.7負端升壓／降壓式光耦反饋電路

負端升壓／降壓式光耦反饋電路見圖1（g）。其緊要特點如下：

——負壓輸出；

——升壓或降壓式輸出，做升壓式輸出時，|UO|>UI；做降壓式輸出時，|UO|

——采用光耦反饋電路，由外部基準電壓決定UO的精確度，輸出端不要接負載電阻；

——即使功率MOSFET失效，輸入端電壓也不會加到輸出端上；

——空載時的功耗最低。

2.2基本電路結構

由LinkSwitch—TN系列構成非隔離式電源時有兩種基本電路結構，即Buck（降壓式）變換器，BuckBoost（降壓或升壓式）變換器，分別如圖2（a）及圖2（b）所示。RF為熔斷電阻器，VDIN1及VDIN2為輸入級整流管。VDFW為超快恢復二極管。CIN1及CIN2為輸入級濾波電容，LIN為輸入級電感。CBp為旁路電容，RBAIS為偏置電阻。RFB，CFBB和VDFB分別為反饋電阻、反饋電容和反饋二極管。L為輸出級電感，RpL為負載電阻。圖2（a）及圖2（b）所示電路的緊要差別是VDFW及L的接線位置不同。Buck變換器是將VDFW并聯在源極與輸入電壓的負端之間，L串聯在源極與輸出電壓的正端之間。BuckBoost變換器則與之相反。關于給定的LinkSwitch—TN芯片和電感值，選擇Buck拓撲不僅可獲得最大輸出功率，還能降低LinkSwitch—TN芯片所承受的電壓，減小通過濾波電感的均勻電流。

3LinkSwitch—TN系列單片開關電源的典型使用

由LNK304構成＋12V/120mA非隔離式開關電源的電路如圖3所示，其輸出功率為1.44W。該電路適用于空調、洗碗機、電飯煲等家用電器的控制電源，亦可用做夜間照明燈、LED驅動器、智能化電能表以及住宅供熱控制器，在這些地方準許使用非隔離電源。

輸入電路由可熔斷電阻器RF、二極管VD1及VD2、電容C4及C5和電感L2組成。可熔斷電阻器具有以下功能：

——對VD1和VD2起限流保護用途；

——降低串模噪聲干擾；

——當其他元器件發生短路故障時，RF迅速被熔斷，切斷輸入電壓。

用可熔斷電阻器代替保險管的優勢是它在熔斷時不會出現電火花或煙霧，既安全又不造成干擾。將二極管VD1和VD2串聯后，耐壓能力可提高到2kV，并且使噪聲電流只在二極管導通時通過。

電源調整電路由LNK304、UF4005型超快恢復二極管VD3、輸出儲能電感L1和濾波電容C2組成。電感L1的峰值電流是由LNK304p的極限電流來限制的，其控制辦法與TinySwitch中的開／關控制器很相近。

由于VD4（玻璃鈍化的1N4005Gp）和VD3的正向壓降相同，因此C3兩端的電壓能跟隨輸出電壓的變化。C3上的電壓經過電阻R1和R3分壓后送至LNK304的引腳FB。為達到所期待的輸出電壓值，UFB應等于0.65V。LNK304是通過跳過周期的方式來對輸出電壓進行調節的。當輸出電壓升高時，流入引腳FB的電流IFB也會新增，若電流IFB>49μA，則隨后的周期將被跳過去，直到IFB

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