Ｔｉｎｙ／ＬｉｎｋＳｗｉｔｃｈ系列Ａ／Ｄ轉換器
2003-04-29 00:44:03馬存云
電子世界 2003年12期
馬存云
全球大約5%～10%的生活用電消耗在已連接交流電源但卻并不使用電器的待機和空載功率消耗上。對此目前世界各國都已經或正在對降低電源待機和空載功耗提出限制性要求。美國PI公司推出的TinySwitch和LinkSwitch系列AC-DC轉換器芯片，為設計低功率、低能耗、低成本離線家用電器電源和電池充電器，提供了新的解決方案。
用TinySwitch和LinkSwitch系列器件設計開關型電源和充電器，空載損耗遠小于300mW。
TinySwitch與LinkSwitch系列器件的主要特性
TinySwitch和LinkSwitch系列AC-DC轉換器IC與TOPSwitch系列芯片一樣，都是將控制電路與700V的功率開關MOSFET集成在一起的脫線AC-DC轉換器。TinySwitch和LinkSwitch系列器件主要采用8引腳DIP(P后綴)和SMD(G后綴)封裝(其中6腳未引出)，都有一個源極(S)腳和漏極(D)腳。腳S在內部連接輸出MOSFET源極，同時又是控制電路公共端；腳D是功率MOSFET漏極，還為啟動和穩態操作提供工作電流。除了引腳D和S外，TinySwitch系列器件還有一個內部電源旁路腳BP和一個使能輸入腳EN，LinkSwitch系列器件還有一個控制腳C。兩個系列器件的型號和主要電氣性能如附表所列。
TinySwitch/LinkSwitch系列器件都帶有功率限制和過熱關閉等保護功能，其高集成度減少了外部元件數量，從而提高了系統可靠性。這兩大系列的器件在85～265V的AC線路下操作，系統在無載條件下的功率消耗低于50mW。
應用實例
1. 1.2W非隔離降壓式家用電源
圖1是由TNY254型TinySwitch組成的1.2W非隔離式回掃(降壓)式家用電源電路。該電源轉換器的AC線路電壓輸入為85～265V，輸出電壓Vo為12V±5%，輸出功率Po為1.2W，在空載下的輸入功率低于50mW，在1W輸入功率下的輸出功率為0.7W(即效率η=70%)。
發光二極管LED1用作電源輸出指示，光耦合器U2用作輸出反饋。光耦晶體管集電極驅動U1(TNY254)的使能腳EN，發射極連接到U1的源極腳S。當輸出電壓超過設定值時，光耦LED導通，將U1腳EN電位拉低，通過U1的開/關(on/off)控制作用，將DC輸出電壓降至預定電平上，從而實現電壓調節。齊納二極管D3若采用TL431替代，則可進一步提高輸出電壓精度。
2. 2.75W恒壓/恒流充電器
用LNK500(LinkSwitch系列）設計的2.75W恒壓/恒流(CV/CC)電池充電器電路如圖2所示。這種通用AC線路電壓(85～265V)輸入的充電器電路結構是取代基于笨重且能耗高的線性變壓器低功率線性充電器或電源變換器的解決方案。
U1(LNK500)腳C上連接的電阻R1及二極管D5、電阻R2和電容C4，將箝位電路、U1電源及反饋電路結合在一起，與傳統方案比較，可節省元件。反饋電阻R1取值，決定U1控制腳C注入電流的大小，具有為U1供電和控制U1內功率MOSFET占空因數的功能，從而使變壓器只有初、次級兩個繞組，無需偏置繞組，同時消除了次級到初級側的電壓/電流感測與反饋元件，這些傳感與反饋元件往往多達10個。
初級最大峰值電流由U1限制，即ILIM(pk)=Ip(pk)=0.267A，次級峰值電流為：IS(pk)=(Np/Ns)×ILIM(pk)=(125/17)×0.267=1.96(A)
預設次級繞組電阻為0.15Ω，輸出線纜電阻為0.3Ω，次級繞組峰值電壓應為輸出電壓Vo、二極管D6正向壓降VD(按0.7V計)、輸出線纜上壓降(0.3×Io)與繞組電阻上的峰值壓降(0.15×IS(pk))之和，即VS(pk)=Vo+VD+0.3×Io+0.15×IS(pk)
=5.5+0.7+0.3×0.5+0.15×1.96=6.644(V)。
初級繞組電壓則為：Vp=(Np/Ns)×6.644=(125/17)×6.644=48.85(V)。
反饋電壓VFB為VP與漏感引入的(誤差)電壓(估計值為5V)之和，即VFB=48.85V+5V=53.85V。VFB經由反饋電阻R1將其轉換為LNK500的偏流和控制電流。LNK500的控制腳電壓VC=5.75V，電流Ic=2.3mA，R1的數值為：R1=(VFB-VC)/Ic= (53.85V-5.75V)/2.3mA=20.9kΩ
可選擇精度為1%的20.5kΩ的電阻作為反饋電阻(R1)。
用LinkSwitch器件組成的2.7W(9V/300mA)充電器與輸入電壓范圍為98~132V的等值輸出的線性充電器比較，這種AC輸入范圍從85～265V的開關型充電器，輸出電壓精度從±17%提高到±4%，輸出紋波電壓由808mV降至162mV，在300mA下的效率由53%提高到75%，空載功耗由1.65W降至0.2W，重量從267g降至56g，體積從176cm3減少到40cm3，并且具有軟啟動、過流限制和過熱關斷等功能，適用于世界各地的應用。
