2014年05月21日

LinkSwitch系列恒压恒流式单片开关电源的应用

  是最常用的一种特种电源。2002年9月,PI公司率先推出了(包含LNK500、LNK501)高效率恒压/恒三端芯片,它是世界上第一个专门为取代4W以下小功率线性稳压电源而研制的高集成度、低成本、高压功率转换芯片。2004年3月,该公司又研制出LNK520型恒压或恒压/恒开关电源,价格堪与线性电源相媲美。它比传统的线性电源体积小,重量轻,特别适合于低成本电池充电器。这种开关电源可在恒压、恒流两种工作模式下自动转换,比用TOPSwitch-Ⅱ构成的恒压/恒流式特种开关电源大约可节省20个元器件。当额定输出功率为3W时,

  LinkSwitch开关电源可替代线性电源,广泛用于各种个人电子设备(手机、无绳电话、掌上电脑、数码相机、MP3播放器、电动剃须刀等)的电池充电器或电源适配器,也可以应用在电视机等家用电器的待机电源及各种辅助电源中。

  1)LinkSwitch系列产品采用PI公司的EcoSmartR技术,将700V功率MOSFET、PWM控制器、高压启动、电流和过热等电集成在一个芯片中。该芯片只有3个引脚,对LNK500、LNK501而言,仅须配14个外围元器件,即可构成具有恒压/恒流(CV/CC)输出特性的特种开关电源。用做电源适配器时,LinkSwitch工作在恒压区,可为负载提供稳定的电压,此时恒流区用来提供过载及短时的自动重启动。做电池充电器时,LinkSwitch工作在恒流区,充电完毕自动转入恒压区;若在充电过程中因负载短而使输出电压降至2V以下,则进入自动重启动阶段。与线性稳压电源相比,其功耗可降低70%。

  2)LNK500、LNK501在宽范围输入(交流85~265V)时的最大输出功率为3W,交流230V固定输入时的最大输出功率为4W。通常将LinkSwitch设计在不连续模式下工作。利用光耦反馈技术可提高恒压输出的精度和稳定度,而利用外部稳压管进行二次稳压能改善恒流特性。

  3)该器件采用新颖的初级恒压、恒流控制方案,包括初级钳位、反馈、内部供电和回补偿等电,极大地简化了外围电的设计。LNK500/501不需要辅助绕组及外部恒压/恒流控制电,完全由初级电压UOR来控制恒压/恒流输出。

  4)具有完善的功能,包括过热,过电流,输出短情况下的过载,开故障和软启能。

  5)功率MOSFET的漏极击穿电压为700V,极限电流固定为254mA,漏-源通态电阻为28(典型值),最大占空比为77%。自动重启动频率为300Hz。过热温度为+135℃,当温度降至+70℃时芯片才恢复正常工作。

  由LNK501构成恒压/恒流式电池充电器的电如图1所示。该电池充电器的主要技术指标如下:恒压区的额定输出电压Uo=+5.5V,恒流区的输出电流IOM=500mA,最大输出功率POM=2.75W;当交流输入电压u=85~265V时,电源效率72%;当交流输入电压u=230V或115V时,空载功耗分别为260mW或200mW。

  RF(Fusible Resistor)采用10、1W的熔断电阻器,当输入端发生短故障时能起到过流作用。BR为1A、600V的整流桥,亦可用4只1N4005型硅整流管来代替。C1、L和C2构成型滤波器。LNK501的开关频率为42kHz,允许使用简单的EMI滤波器滤除电磁干扰,而且一般不需要初级返回端与次级返回端之间并联一只安全电容(亦称Y电容)。

  由1A、600V的硅二极管VD1(1N4937)和0.1F电容器C4组成钳位电,用来吸收由高频变压器漏感产生的尖峰电压。初级绕组的电压值(UOR)亦称次级反射电压,它与输出电压UO之间存在下述关系式:UOR=n(UO+UF1)(式中n为初级与次级的匝数比,UF1为次级整流管的压降)。这表明UOR能反映输出电压的高低。因此,利用取样电容C4所获得的反馈电压同样能反映出UO的变化情况。电阻R1的作用就是将C4上的反馈电压转换成反馈电流(即控制端电流IC),进而去调节LNK501的输出占空比,实现稳压目的。利用R2可降低开关噪声。根据实际需要还可在初、次级返回端之间并联一只1000~2200pF、耐压值为1.5kV的安全电容C6,进一步电磁干扰,具体接线中虚线所示。

  在恒压区域内,输出电压受占空比控制。当IC2mA时,进入恒压区,输出电压及占空比同时降低;在IC=2.3mA时,进行过电流,使占空比降至30%。若UO降到2V以下,则C3放电,使LNK501进入自动重启动阶段,迅速将输出电流在50mA以下。若实际输出功率超过POM,则UOUORIC,从而了漏极电流ID的进一步增大。若因输出端发生短故障而导致输出功率继续增大,则IC下降到0.9mA,控制端电容Cc放电,LNK501就进入自动重启动阶段。上述自能提高了电池充电器在工作时的安全性。在空载或轻载的情况下,芯片的功耗随开关频率的降低而降低。

  该恒压/恒流式电池充电器的输出特性如图2所示。图2中的实线代表极限值。次级整流管VD2采用11DQ06型1A/60V肖特基二极管,亦可用MBR160代替。