LinkSwitch系列恒壓/恒流式單片開關(guān)電源的應(yīng)用

3 電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 最大輸出功率

LinkSwitch在交流85～265V寬范圍輸入、交流230V固定輸入時(shí)的最大連續(xù)輸出功率（P_OM）分別為3W、4W。為達(dá)到最大連續(xù)輸出功率，設(shè)計(jì)電路時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)。

1）設(shè)計(jì)的直流輸入電壓最小值U_Imin≥90V。當(dāng)交流輸入電壓u=85～265V時(shí)，輸入濾波電容的容量可按3μF/W的比例系數(shù)來選取。對(duì)于交流230V或115V固定輸入電壓，可按1μF/W的比例系數(shù)來選取。

2）LinkSwitch是專門設(shè)計(jì)在不連續(xù)模式下工作的，此時(shí)初級(jí)繞組感應(yīng)電壓U_OR的范圍是40～60V。若設(shè)計(jì)成連續(xù)模式，會(huì)導(dǎo)致環(huán)路工作不穩(wěn)定。

3）次級(jí)整流管應(yīng)采用肖特基二極管。圖1中的VD₂就采用1A/60V的肖特基二極管。

4）預(yù)先可假定電源效率η=70％。

5）源極引腳必須與印制板上的覆銅箔接觸良好，以保證將熱量及時(shí)散發(fā)出去，使芯片溫度不超過＋100℃。

除了受溫度條件、通風(fēng)狀況、封裝形式、電源結(jié)構(gòu)等因素的影響之外，在給定條件下LinkSwitch的最大輸出功率還與高頻變壓器磁芯的大小、導(dǎo)磁率、初級(jí)電感容量、最小輸入電壓、輸入濾波電容的容量、輸出電壓、整流管壓降等參數(shù)有關(guān)，這會(huì)造成實(shí)際的P_OM值與設(shè)計(jì)值不相等。

3.2 高頻變壓器

在非連續(xù)模式下，當(dāng)功率MOSFET關(guān)斷時(shí)，已存儲(chǔ)在高頻變壓器中的能量就轉(zhuǎn)換為次級(jí)輸出。若不考慮次級(jí)損耗的情況下，則高頻變壓器的最大轉(zhuǎn)換功率為

P_M=0.5L_PI²_LIMITf

式中：L_P為初級(jí)電感量；

I²_LIMITf為系數(shù)，它代表初級(jí)極限電流的平方與開關(guān)頻率的乘積，其典型值為I²_LIMITf=(254mA)2×42kHz=2710A²Hz。

P_M所對(duì)應(yīng)的控制端電流用I_DCT來表示，I_DCT可用來設(shè)定LinkSwitch電源的最大輸出功率點(diǎn)P_OM。

當(dāng)開關(guān)電源從恒流區(qū)開始工作時(shí)，初級(jí)電感量（L_P）對(duì)峰值輸出功率（P_OPK）起決定作用，該參數(shù)應(yīng)加以控制。若估計(jì)的P_OPK值允許有±20％的變化量，則L_P值允許偏差±10％，磁芯的氣隙δ≥0.08mm。

若采用EE13型磁芯，取δ=0.08mm，L_P允許有±10％的偏差，初級(jí)感應(yīng)電壓U_OR=40～60V，則LinkSwitch的最大輸出功率可達(dá)2.7W。選擇尺寸較大的磁芯能提升感應(yīng)電壓U_OR，進(jìn)而提高輸出功率。例如，選擇EE16型磁芯時(shí)，最大輸出功率為3W。如不考慮空載時(shí)的功率損耗，還可采用EE19型磁芯，在交流230V輸入時(shí)，U_OR>70V，將輸出功率提高到5W。UOR還影響恒流輸出特性曲線的線性度。在完成設(shè)計(jì)前應(yīng)檢查恒流輸出特性。

3.3 影響輸出特性的因素

LinkSwitch輸出特性的余量由LinkSwitch的余量以及外部電路來決定。采用如圖1所示電路時(shí)，最大輸出功率為2.75W，輸出電壓的變化量為±10％，輸出電流的變化量為±20％。影響輸出特性的因素主要有初級(jí)漏感、次級(jí)整流管的壓降和輸出引線上的電阻。例如，當(dāng)初級(jí)漏感達(dá)到50μH時(shí)將導(dǎo)致空載時(shí)的輸出電壓大約上升30％。如果增加光耦反饋電路并利用外部穩(wěn)壓管進(jìn)行二次穩(wěn)壓，那么整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)的輸出電壓變化量可降低到±5％。

3.4 關(guān)鍵元器件的選擇

下面以圖1為例，介紹選擇外圍關(guān)鍵元器件的原則。

1）鉗位二極管VD₁應(yīng)選擇耐壓為600V甚至更高的快恢復(fù)或超快恢復(fù)二極管，不能用普通的低速二極管。

2）鉗位電容C4可采用0.1μF、100V的金屬膜或塑料薄膜電容，容量誤差在±5％、±10％或±20％均可，但不推薦使用陶瓷電容，因?yàn)樵摲N電容受溫度和電壓變化的影響較大、容易引起輸出電壓的波動(dòng)。

3）控制端電容C₃可為L(zhǎng)inkSwitch的上電過程或自動(dòng)重啟動(dòng)階段提供控制電壓。設(shè)計(jì)電池充電器時(shí)，C₃應(yīng)選擇0.22μF、10V的電容器，以保證有足夠的時(shí)間去啟動(dòng)電路。

4）選擇反饋電阻R₁的原則是在最大輸出功率時(shí)能使2.3mA的反饋電流流入控制端。R₁的準(zhǔn)確值還要看所設(shè)計(jì)的U_OR值。適當(dāng)增大R₁值可改變電池充電器的輸出特性，如圖3所示。

圖3 增大R₁值對(duì)輸出特性的影響