Tiny/LinkSwitch系列A/D转换器

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  全球大约5%~10%的生活用电消耗在已连接交流电源但却并不使用电器的待机和空载功率消耗上。对此目前世界各国都已经或正在对降低电源待机和空载功耗提出限制性要求。美国PI公司推出的TinySwitch和LinkSwitch系列AC-DC转换器芯片,为设计低功率、低能耗、低成本离线家用电器电源和电池充电器,提供了新的解决方案。
  用TinySwitch和LinkSwitch系列器件设计开关型电源和充电器,空载损耗远小于300mW。
  
  TinySwitch与LinkSwitch系列器件的主要特性
  
  TinySwitch和LinkSwitch系列AC-DC转换器IC与TOPSwitch系列芯片一样,都是将控制电路与700V的功率开关MOSFET集成在一起的脱线AC-DC转换器。TinySwitch和LinkSwitch系列器件主要采用8引脚DIP(P后缀)和SMD(G后缀)封装(其中6脚未引出),都有一个源极(S)脚和漏极(D)脚。脚S在内部连接输出MOSFET源极,同时又是控制电路公共端;脚D是功率MOSFET漏极,还为启动和稳态操作提供工作电流。除了引脚D和S外,TinySwitch系列器件还有一个内部电源旁路脚BP和一个使能输入脚EN,LinkSwitch系列器件还有一个控制脚C。两个系列器件的型号和主要电气性能如附表所列。
  TinySwitch/LinkSwitch系列器件都带有功率限制和过热关闭等保护功能,其高集成度减少了外部元件数量,从而提高了系统可靠性。这两大系列的器件在85~265V的AC线路下操作,系统在无载条件下的功率消耗低于50mW。
  
  应用实例
  


  1. 1.2W非隔离降压式家用电源
  图1是由TNY254型TinySwitch组成的1.2W非隔离式回扫(降压)式家用电源电路。该电源转换器的AC线路电压输入为85~265V,输出电压Vo为12V±5%,输出功率Po为1.2W,在空载下的输入功率低于50mW,在1W输入功率下的输出功率为0.7W(即效率η=70%)。
  发光二极管LED1用作电源输出指示,光耦合器U2用作输出反馈。光耦晶体管集电极驱动U1(TNY254)的使能脚EN,发射极连接到U1的源极脚S。当输出电压超过设定值时,光耦LED导通,将U1脚EN电位拉低,通过U1的开/关(on/off)控制作用,将DC输出电压降至预定电平上,从而实现电压调节。齐纳二极管D3若采用TL431替代,则可进一步提高输出电压精度。
  


  2. 2.75W恒压/恒流充电器
  用LNK500(LinkSwitch系列)设计的2.75W恒压/恒流(CV/CC)电池充电器电路如图2所示。这种通用AC线路电压(85~265V)输入的充电器电路结构是取代基于笨重且能耗高的线性变压器低功率线性充电器或电源变换器的解决方案。
  U1(LNK500)脚C上连接的电阻R1及二极管D5、电阻R2和电容C4,将箝位电路、U1电源及反馈电路结合在一起,与传统方案比较,可节省元件。反馈电阻R1取值,决定U1控制脚C注入电流的大小,具有为U1供电和控制U1内功率MOSFET占空因数的功能,从而使变压器只有初、次级两个绕组,无需偏置绕组,同时消除了次级到初级侧的电压/电流感测与反馈元件,这些传感与反馈元件往往多达10个。
  初级最大峰值电流由U1限制,即ILIM(pk)=Ip(pk)=0.267A,次级峰值电流为:IS(pk)=(Np/Ns)×ILIM(pk)=(125/17)×0.267=1.96(A)
  预设次级绕组电阻为0.15Ω,输出线缆电阻为0.3Ω,次级绕组峰值电压应为输出电压Vo、二极管D6正向压降VD(按0.7V计)、输出线缆上压降(0.3×Io)与绕组电阻上的峰值压降(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)。
  初级绕组电压则为:Vp=(Np/Ns)×6.644=(125/17)×6.644=48.85(V)。
  反馈电压VFB为VP与漏感引入的(误差)电压(估计值为5V)之和,即VFB=48.85V+5V=53.85VVFB经由反馈电阻R1将其转换为LNK500的偏流和控制电流。LNK500的控制脚电压VC=5.75V,电流Ic=2.3mA,R1的数值为:R1=(VFB-VC)/Ic= (53.85V-5.75V)/2.3mA=20.9kΩ
  可选择精度为1%的20.5kΩ的电阻作为反馈电阻(R1)。
  用LinkSwitch器件组成的2.7W(9V/300mA)充电器与输入电压范围为98~132V的等值输出的线性充电器比较,这种AC输入范围从85~265V的开关型充电器,输出电压精度从±17%提高到±4%,输出纹波电压由808mV降至162mV,在300mA下的效率由53%提高到75%,空载功耗由1.65W降至0.2W,重量从267g降至56g,体积从176cm3减少到40cm3,并且具有软启动、过流限制和过热关断等功能,适用于世界各地的应用。
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