基于LinkSwitch - LP的2W充電器設(shè)計(jì)解析

一、引言

在低功率應(yīng)用領(lǐng)域，傳統(tǒng)的線性變壓器充電器逐漸被更高效、更智能的開(kāi)關(guān)電源所取代。Power Integrations推出的基于LinkSwitch - LP（LNK564P）的EP - 85 2W充電器，為我們提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。該充電器具有低成本、低元件數(shù)量、高能源效率等諸多優(yōu)點(diǎn)，適用于多種低功率充電場(chǎng)景。

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二、產(chǎn)品概述

2.1 規(guī)格參數(shù)

• 輸入：90 - 265 VAC，頻率47 - 63 Hz。
• 輸出：6V，330 mA，連續(xù)輸出功率2.0W。
• 效率：平均效率可達(dá)64.9%（CEC規(guī)格測(cè)量），輕松滿足國(guó)際能源效率標(biāo)準(zhǔn)。
• 空載功耗：在265 VAC時(shí)僅140 mW。
• 漏電流：在265 VAC輸入時(shí)小于5 μA。
• EMI：滿足EN550022和CISPR - 22 Class B標(biāo)準(zhǔn)，且有>9 dBμV的余量。
• 浪涌：符合IEC61000 - 4 - 5 Class 3 AC線路浪涌標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)

• 低成本、低元件數(shù)量：僅需14個(gè)元件，采用專有IC和電路技術(shù)，實(shí)現(xiàn)Clampless?設(shè)計(jì)和簡(jiǎn)單的Filterfuse?輸入級(jí)。
• 安全可靠：集成LinkSwitch - LP的安全/可靠性特性，包括過(guò)溫保護(hù)（±5%公差，帶滯后恢復(fù)）、自動(dòng)重啟輸出短路和開(kāi)環(huán)保護(hù)，以及擴(kuò)展的引腳爬電距離（>3.2 mm），確保在潮濕環(huán)境下可靠運(yùn)行。
• 節(jié)能高效：EcoSmart?技術(shù)，輕松滿足現(xiàn)有和未來(lái)的國(guó)際能源效率標(biāo)準(zhǔn)。

三、電路設(shè)計(jì)

3.1 輸入與EMI濾波

采用C1和L1構(gòu)成的低成本輸入濾波級(jí)實(shí)現(xiàn)AC輸入差分濾波。LNK564的專有頻率抖動(dòng)特性消除了對(duì)輸入π濾波器的需求，僅需一個(gè)大容量電容。L1既作為濾波器元件，又可作為保險(xiǎn)絲使用，進(jìn)一步降低了系統(tǒng)成本。在允許降低EMI余量和/或降低輸入浪涌承受能力的應(yīng)用中，可移除中性相的輸入二極管D2。

3.2 LinkSwitch - LP反饋

利用LNK564的ON/OFF控制實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化的偏置繞組電壓反饋。由R1和R2組成的電阻分壓器決定變壓器偏置繞組在開(kāi)關(guān)關(guān)斷期間的輸出電壓。在恒壓區(qū)域，LNK564通過(guò)啟用/禁用開(kāi)關(guān)周期來(lái)維持FB引腳的1.69V電壓。增加C3的電容值可進(jìn)一步降低空載功耗。

3.3 初級(jí)鉗位與變壓器結(jié)構(gòu)

由于LNK564制造過(guò)程中采用的嚴(yán)格電流限制微調(diào)技術(shù)和變壓器結(jié)構(gòu)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)鉗位初級(jí)電路。在265 VAC時(shí)，峰值漏極電壓通常限制在小于550V，為700V的最小漏極電壓規(guī)格提供了顯著的余量。

3.4 輸出整流與濾波

輸出整流和濾波由輸出整流器D4和濾波電容C5完成。由于自動(dòng)重啟功能，平均短路輸出電流遠(yuǎn)小于1A，允許使用低成本的整流器D4?？蛇x電阻R3提供預(yù)負(fù)載，限制空載輸出電壓。在需要時(shí)，可安裝可選的齊納鉗位（VR1）來(lái)限制開(kāi)環(huán)條件下的最大輸出電壓。

3.5 可選組件

• RF1：可用于替代Filterfuse配置，提供傳統(tǒng)保險(xiǎn)絲功能。
• VR1：用于在開(kāi)環(huán)條件下將輸出電壓限制在較低值。
• C4：一個(gè)小值（100 pF）的Y1電容，可在變壓器結(jié)構(gòu)變化時(shí)提供更好的EMI一致性。

四、變壓器設(shè)計(jì)

4.1 電氣規(guī)格

• 電氣強(qiáng)度：60 Hz，1分鐘，1 - 5引腳到6 - 7引腳之間為3000 VAC。
• 初級(jí)電感：從1 - 2引腳測(cè)量，其他繞組開(kāi)路時(shí)為2.7 mH（±5%）。
• 初級(jí)繞組電容：所有繞組開(kāi)路時(shí)最大為50 pF。
• 初級(jí)漏電感：1 - 2引腳測(cè)量，6 - 7引腳短路時(shí)最大為75 μH。

4.2 材料與構(gòu)建

采用EE16磁芯，搭配特定的漆包線和絕緣膠帶。變壓器的構(gòu)建遵循特定的繞組方法，確保安全和性能。

五、性能測(cè)試

5.1 效率

在不同輸入電壓和負(fù)載條件下進(jìn)行效率測(cè)試，結(jié)果顯示該充電器在各種工況下都能保持較高的效率，平均效率達(dá)到64.9%，遠(yuǎn)超目標(biāo)值55.2%。

5.2 空載輸入功率

空載輸入功率在不同AC輸入電壓下進(jìn)行測(cè)量，在265 VAC時(shí)約為140 mW，遠(yuǎn)低于歐洲標(biāo)準(zhǔn)的300 mW和部分客戶規(guī)格設(shè)定的150 mW目標(biāo)。

5.3 調(diào)節(jié)特性

LNK564在輸出電壓低于1.5V時(shí)進(jìn)入自動(dòng)重啟模式，防止過(guò)大的短路電流。負(fù)載和線路調(diào)節(jié)特性良好，確保輸出電壓穩(wěn)定。

5.4 熱性能

在密封適配器外殼中，45°C的高溫環(huán)境下進(jìn)行自然對(duì)流測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，各組件的溫度上升均在正?？山邮艿姆秶鷥?nèi)。

5.5 紋波測(cè)量

采用特定的紋波探頭進(jìn)行測(cè)量，在最壞情況下（90 VAC和265 VAC，最大負(fù)載），總開(kāi)關(guān)輸出紋波低于150 mV pk - pk。

5.6 傳導(dǎo)EMI

EMI測(cè)試結(jié)果顯示，該充電器在準(zhǔn)峰值和平均值上均有>9 dB的余量，滿足EN55022B標(biāo)準(zhǔn)。

5.7 AC線路浪涌

對(duì)輸入線路進(jìn)行1.2/50 μs差分浪涌測(cè)試，在各種浪涌水平下，充電器均能正常工作，無(wú)故障或輸出故障現(xiàn)象。

六、總結(jié)

Power Integrations的EP - 85 2W充電器基于LinkSwitch - LP（LNK564P）實(shí)現(xiàn)了低成本、高性能的設(shè)計(jì)。其在效率、安全、可靠性和EMI等方面表現(xiàn)出色，適用于多種低功率充電應(yīng)用。電子工程師在設(shè)計(jì)類似的充電器時(shí)，可以借鑒該設(shè)計(jì)的思路和方法，根據(jù)具體需求進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。你在實(shí)際設(shè)計(jì)中是否也遇到過(guò)類似的挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和想法。