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LNK302/304-306连接开关TN系列最低组件数量,能效离线开关IC

2020-7-1 17:57:13  279 MOSFET 变换器
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  产品亮点
  经济高效的线性/瓶盖滴管更换
  成本最低、组件数量最低的buck转换器解决方案
  完全集成的短路和断路自动重启回路故障保护-节省外部组件成本
  LNK302使用简化的控制器,无需自动重启为非常低的系统成本
  66 kHz操作,精确的电流限制-允许低成本
  现成的1 mH电感器,输出电流高达120毫安
  严格的公差和可忽略的温度变化
  700 V的高击穿电压
  输入浪涌耐受
  显著降低抖动频率(~10 dB)–将EMI滤波器成本降至最低
  高温停堆温度(+135°C最小值)
  比离散Buck和被动解决方案
  支持buck、buck-boost和flyback拓扑
  系统级热过载、输出短路和
  开环保护
  即使在典型的
  配置
  高带宽提供快速开启,无超调
  限流操作抑制线路纹波
  通用输入电压范围(85 VAC至265 VAC)
  内置电流限制和滞后热保护
  效率高于被动解决方案
  比电容供电解决方案更高的功率因数
  完全可在SMD中制造
  生态智能®–非常节能
  通常只消耗50/80兆瓦的自供电电源
  115/230 VAC输入时的拓扑,无负载(光反馈)
  在FLYBACK拓扑中,通常只消耗7/12 mW
  外部偏置为115/230 VAC输入,无负载
  满足加州能源委员会(CEC)能源部的要求
  Star和欧盟要求
  应用
  电器和计时
  LED驱动器和工业控制
  说明
  LinkSwitch TN专门设计用于替换所有线性和电容器供电(电容滴管)非隔离电源在360毫安输出电流范围内,系统成本相等提供更高的性能和能效
  
  表1。输出电流表。
  笔记:
  1.非隔离buck变换器的典型输出电流。输出功率容量取决于各自的输出电压。查看关键应用程序假设完整描述的考虑部分,包括完全不连续传导模式(DCM)操作。
  2.主要是不连续的传导模式。
  3.连续传导模式。
  4.包装:P:DIP-8B,G:SMD-8B,D:SO-8C。
  LinkSwitch TN器件集成了700 V功率MOSFET,
  振荡器,简单的开关控制方案,高压开关电流源,频率抖动,循环电流限制以及单片集成电路的热关机电路。启动和工作功率直接来自电压在漏极引脚上,无需偏置电源和buck或flyback变换器中的相关电路。完全集成自动重启电路在LNK304-306安全限值中的应用故障状态下的输出功率,如短路或开环,减少组件数量和系统级负载保护费。IC提供的电源允许本地使用非安全分级光作为电平变换器进一步提高负载调节性能如果需要的话,还有buck-boost转换器。
  
  引脚功能描述
  排水(D)销:功率MOSFET漏极连接。提供内部操作启动和稳态运行电流。
  旁路(BP)引脚:0.1μF外部旁路电容器的连接点内部产生5.8 V电源。
  反馈(FB)引脚:在正常工作期间,功率MOSFET的开关是由这个引脚控制。当大于49μa的电流被传输到该引脚。
  源引脚:该引脚是功率MOSFET电源连接。它也是旁路和反馈引脚的接地参考。
  
  连接开关TN功能
  说明
  LinkSwitch TN组合了一个高压功率MOSFET开关在一个设备中有一个电源控制器。不像传统的PWM(脉冲宽度调制器)控制器,连接开关TN使用一种简单的开/关控制来调节输出电压。这个TN控制器由振荡器、反馈组成(感测和逻辑)电路,5.8V调节器,旁路引脚欠压电路,过热保护,频率抖动,限流电路,前沿消隐和700V电源MOSFET。连接开关TN包含附加电路用于自动重启。
  振荡器
  典型的振荡器频率在内部设置为平均值66千赫。振荡器产生两个信号:最大占空比信号(DCMAX)和时钟信号指示每个周期的开始。LinkSwitch TN振荡器包含以下电路:引入少量的频率抖动,通常为4 kHz峰对峰,以最小化EMI发射。调制速率频率抖动设置为1 kHz以优化EMI降低无论是平均排放量还是准峰值排放量。频率应使用触发的示波器测量抖动漏极波形的下降沿。波形图4显示了LinkSwitch-TN的频率抖动。
  反馈输入电路
  FB引脚处的反馈输入电路由低阻抗源极跟随器输出设置为1.65 V。当电流输入该引脚超过49μA,逻辑电平低(禁用)在反馈电路的输出端产生。这个输出在每个循环开始时在时钟信号。如果很高,功率MOSFET将为该循环(启用),否则功率MOSFET保持关闭(禁用)。因为采样只是在每个周期,FB引脚电压或电流的后续变化在循环的其余部分被忽略。
  5.8V调节器和6.3V并联电压钳
  5.8 V调节器为连接到的旁路电容器充电通过从电压中提取电流,使旁路引脚达到5.8V在漏极上,只要MOSFET关闭。旁路引脚是LinkSwitch-TN的内部电源电压节点。当MOSFET接通时,连接开关TN从旁路电容器中储存的能量。极低功率内部电路消耗允许连接开关TN从排水管排出的电流持续工作别针。旁路电容值为0.1μF就足够了高频解耦和储能。此外,还有一个6.3 V并联调节器夹紧当向旁路提供电流时,旁路引脚为6.3V引脚穿过外部电阻器。这有助于连接开关TN外部通过一个偏置绕组来降低空载功耗约为50mw。
  旁路引脚欠压
  旁路引脚欠压电路使电源失效当旁路引脚电压下降到4.85v以下时,MOSFET。一旦旁路引脚电压下降到4.85伏以下,它必须上升回到5.8伏以启用(打开)功率MOSFET。
  过热保护
  热关机电路感测模具温度。阈值设置为142°C,典型值为75°C滞后。当模具温度上升到该阈值(142°C)以上时功率MOSFET被禁用并保持禁用直到模具温度下降75°C,此时重新启用。
  电流限制
  限流电路检测功率MOSFET中的电流。当电流超过内部阈值(ILIMIT)时
  
  功率MOSFET在这个循环的剩余时间被关闭。前沿消隐电路抑制电流限制功率MOSFET后短时比较器已打开。前缘冲裁时间的设定即电流尖峰由电容和整流器反向引起恢复时间不会导致提前终止开关脉冲。
  自动重启(仅限LNK304-306)
  输出过载等情况:短路或开路情况下,连接开关TN进入自动重启操作。振荡器计时的内部计数器每次FB引脚被拉高时重置。如果FB引脚在50毫秒内没有拉高,功率MOSFET开关禁用800毫秒。自动重新启动交替启用和在出现故障之前,禁用功率MOSFET的开关条件已删除。
  应用程序示例
  1.44w通用输入Buck变换器图5所示的电路是一个典型的电器用12V,120mA非隔离电源控制,如电饭煲、洗碗机或其他白色物品。该电路也可适用于其他应用,例如作为夜灯,LED驱动器,电表,和住宅可接受非隔离电源的加热控制器。所述输入二极管包括所述第1级熔丝二极管D4,电容器C4和C5,以及电感器L2。电阻器RF1为一种防火、易熔、绕线电阻器。它完成了几个功能:a)励磁涌流限制到安全水平整流器D3和D4;b)差模噪声衰减;c) 任何其他部件发生短路故障时的输入保险丝(部件故障时安全断路,不冒烟,耐火材料或白炽材料)。功率处理级由连接开关TN构成,续流二极管D1,输出扼流圈L1,以及输出电容器C2。LNK304被选为供应以大多数不连续模式(MDCM)运行。二极管D1是具有反向恢复时间(trr)的超快二极管大约75纳秒,可用于MDCM操作。为连续导通模式(CCM)设计,一个trr为建议≤35ns。电感器L1是标准现成的具有适当RMS额定电流的电感器(且可接受温度升高)。电容器C2为输出滤波电容器;其主要功能是限制输出电压纹波。这个输出电压纹波是ESR的一个更强的函数输出电容值比电容器本身的值大。首先,D1和D2的正向电压降为完全相同。因此,通过C3的电压跟踪输出电压。在C3上产生的电压被感应和调节通过电阻分压器R1和R3连接到U1的FB引脚。选择R1和R3的值,以便输出电压,FB引脚电压为1.65V。通过跳过开关周期来维持调节。作为输出电压升高,进入FB引脚的电流也会上升。如果这超过了IFB,则后续循环将被跳过,直到电流降低到IFB以下。因此,随着输出负载的降低,将跳过更多的循环,如果负载增加,则更少
  
  
  循环被跳过。在没有循环时提供过载保护在50毫秒内跳过,LinkSwitch TN将进入自动重启(LNK304-306),限制平均输出功率约为最大过载功率的6%。由于跟踪输出电压和交叉电压之间的误差C3轻载或空载时,可能需要小的预载(R4)。对于图5中的设计,如果调节至零负荷需要,则该值应减小至2.4 kΩ。
  关键应用注意事项
  链路交换机TN设计注意事项 输出电流表
  数据表最大输出电流表(表1)表示最大实际连续输出电流多为不连续传导模式(MDCM)和连续传导模式操作的传导模式(CCM),可从一个给定的LinkSwitch TN设备
  条件:1) Buck变换器拓扑。2) 最小直流输入电压≥70V输入电容应足够大,以满足这一要求标准。3) 对于CCM操作,KRP*为0.4。4) 输出电压为12 VDC。5) 效率75%。6) trr≤75 ns的捕捉/续流二极管用于MDCM操作,对于CCM操作,一个带t使用rr≤35 ns。7) 该部分是板安装与源引脚焊接足够的铜面积来保持源引脚温度等于或低于100°C。KRP是纹波与峰值电感电流之比。
  连接开关TN选择和选择
  MDCM和CCM操作选择连接开关TN装置、续流二极管和输出提供最低整体成本的电感器。一般来说,MDCM提供最低成本和最高效率的转换器。CCM公司设计需要更大的电感器和超高速(trr≤35ns)在所有情况下都有续流二极管。使用更大的MDCM中的LinkSwitch TN比CCM中更小的LinkSwitch TN因为CCM的额外外部组件成本设计。但是,如果需要最高输出电流,则CCM应按照以下指导原则进行雇佣。
  拓扑选项
  LinkSwitch TN可用于所有常见拓扑,与或一起使用没有光耦和基准来提高输出电压容忍和调节。表2总结了这些情况配置。有关更多信息,请参阅应用程序注——LinkSwitch TN设计指南。
  组件选择
  参考图5,可以考虑以下因素有助于为LinkSwitch TN设计选择组件。
  续流二极管D1
  二极管D1应为超快型。对于MDCM,请反转恢复时间trr≤75 ns应在温度为70°C或以下。较慢的二极管是不可接受的,因为它是连续的模式操作将始终在启动期间发生,导致高前沿电流尖峰,终止开关周期过早,并阻止输出达到规定。如果环境温度高于70°C,则t应使用rr≤35 ns。对于CCM,具有反向恢复时间的超快二极管t应使用rr≤35 ns。较慢的二极管可能会导致切换前沿电流尖峰过早地阻止了全部电力输送。快速和慢速二极管决不能用作大反相器恢复电流会导致二极管和/或超过最大漏极电流规格连接开关-TN。反馈二极管D2二极管D2可以是低成本的慢二极管,如1N400X系列,但应指定为玻璃钝化型以保证指定的反向恢复时间。首先,D1和D2的前降应该匹配。
  电感器L1
  选择符合设计要求。一个“鼓”或“狗骨头”“我”的核心电感器建议使用单个铁氧体元件,因为它的低成本和非常低的可听噪声特性。典型的电感值和均方根电流额定值可从LinkSwitch TN设计电子表格可在电源集成的PI专家设计套件。选择L1大于或等于典型的计算电感均方根电流额定值大于或等于计算的均方根值电感器电流。
  电容器C2
  电容器C2的主要功能是平滑电感电流。实际输出纹波电压就是这个函数的函数电容器的ESR。首先,这个电容器的ESR不应超过额定纹波电压除以典型的所选连接开关-TN的电流限制。
  反馈电阻器R1和R3
  电阻分压器中的电阻值由选择R1和R3以在FB引脚处保持1.65 V。它是建议选择R3作为2千欧。这通过偏置反馈确保了良好的抗噪性电流约为0.8 mA的网络。
  反馈电容器C3
  电容器C3可以是低成本的通用电容器。它提供“采样并保持”功能,对输出充电LinkSwitch-TN断开时的电压。其值应在10μF到22μF之间;较小的值导致在轻载条件。
  预载电阻器R4
  在高压侧,直接反馈设计中,最小负载小于3毫安时,需要一个预载电阻器来维持输出法规。这确保有足够的电感器能量来拉动反馈电容器C3的电感侧通过D2。应选择R4的值以给出最小值3毫安输出负载。在有光耦的设计中,齐纳或参考偏压电流提供1毫安至2毫安的最小负载,防止“脉冲群聚”和增加的输出纹波在零负载。
  LinkSwitch TN布局注意事项
  在buck或buck-boost转换器配置中LinkSwitch TN中的源引脚是交换节点,铜线连接到源的区域应最小化以最小化电磁干扰在设计的热约束范围内。在boost配置中,因为源引脚是绑定的对于直流回路,连接到电源的铜区可以最大限度地改善散热。连接开关TN、电感器(L1)之间形成的回路,续流二极管(D1)和输出电容器(C2)应尽可能的小。旁路管脚电容器C1(图6)应位于靠近源和旁路引脚。最小化直接从交换节点耦合,链路交换机TN应远离交流输入线。可能有利于将电容器C4和C5置于连接开关TN和交流输入。第二个整流二极管D4是可选的,但可能包括更好的EMI性能和更高的线路浪涌承受能力。
  快速设计检查表
  与任何电源设计一样,所有连接开关TN设计应在试验台上验证其功能是否正常。这个建议至少进行以下测试
  1) 足够的直流轨电压-检查最小直流电在最大负载下,输入电压不低于70 VDC,最小输入电压。
  2) 正确选择二极管–UF400x系列二极管仅推荐用于在MDCM中运行的设计环境温度为70°C或更低。对于在中运行的设计连续传导模式(CCM)和/或更高环境,然后是反向恢复时间为35纳秒或更长的二极管,如BYv26C,建议使用。
  3) 最大漏极电流–验证峰值漏极电流低于数据表峰值排水规格最高线电压的最坏情况,最大过载(在自动重启之前)和最高环境温度温度。
  4) 热检查-在最大输出功率下,最小输入电压和最高环境温度,验证链路开关TN源引脚温度为100°C或以下。此图确保有足够的到期保证金各部件的RDS(ON)变化。电池供电的建议使用热电偶表进行测量当源引脚是交换节点时。或者,环境温度可升高以指示裕度热关机。在使用buck或buck-boost转换器的连接开关TN设计中拓扑上,源管脚是一个交换节点。示波器因此,应在探头接地的情况下进行测量直流电压,如一次回路或直流输入轨,以及不是源引脚。电源输入必须始终由隔离源供电(例如通过隔离变压器)。
  漏极电压 -0.3伏至700伏
  峰值漏极电流(LNK302)200毫安(375毫安)(2)
  峰值漏极电流(LNK304)400 mA(750 mA)(2)
  峰值漏极电流(LNK305)800毫安(1500毫安)(2)
  峰值漏极电流(LNK306)1400毫安(2600毫安)(2)
  反馈电压 0.3 V至9 V
  反馈电流 100毫安
  旁路电压 0.3 V至9 V
  储存温度 -65°C至150°C
  工作结温度(3)-40°C至150°C
  铅温度(4)260°C
  笔记:
  1.参考电源的所有电压,TA=25°C。
  2.如果漏极对电源电压不超过400V。
  3.通常受内部电路限制。
  4.1/16英寸。从箱子里出来5秒钟。
  5.可采用规定的最大额定值,一次一个,不会对产品造成永久性损坏。暴露于绝对最大额定值条件下延长时间可能会影响产品的可靠性。
  热阻抗:P或G包装:(θJA)70°C/W(3);60°C/W(4)(θJC)
  (1)11°C/W
  D包装:(θJA)100°C/W(3);80°C/W(4)(θJC)
  (2) 30°C/W
  笔记:
  1.在靠近塑料接口的针脚2(源)上测量。
  2.在靠近塑料接口的针脚8(源)上测量。
  3.焊接至0.36平方英寸。(232平方毫米)2盎司(610克/平方米)包铜。
  4.焊接到1平方英寸。(645平方毫米)2盎司(610克/平方米)包铜。
  
  笔记:
  A、 当反馈管脚电压≥2V(MOSFET不等于)时,总电流消耗为IS1和IDSS之和当反馈管脚对电源短路(MOSFET开关)时,IS2和IDSS之和。
  B、由于输出MOSFET是开关的,很难将开关电流与电源电流隔离排水。另一种方法是测量6V时的旁路引脚电流。
  C、 旁路引脚启动充电波形见典型性能特性章节图14。
  D、 此电流仅用于提供连接在旁路和反馈之间的可选光耦引脚而不是任何其他外部电路。
  E、 其他电流值参见图13。
  F、 此参数由设计保证。
  G、 此参数由特征化派生。
  H、 自动重启时间与振荡器具有相同的温度特性(与频率)。
  
  典型性能特征
  

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