LinkSwitch系列恒压/恒流式单片开关电源的应用

3 电路设计要点

3.1 最大输出功率

LinkSwitch在交流85～265V宽范围输入、交流230V固定输入时的最大连续输出功率（P_OM）分别为3W、4W。为达到最大连续输出功率，设计电路时应注意以下事项。

1）设计的直流输入电压最小值U_Imin≥90V。当交流输入电压u=85～265V时，输入滤波电容的容量可按3μF/W的比例系数来选取。对于交流230V或115V固定输入电压，可按1μF/W的比例系数来选取。

2）LinkSwitch是专门设计在不连续模式下工作的，此时初级绕组感应电压U_OR的范围是40～60V。若设计成连续模式，会导致环路工作不稳定。

3）次级整流管应采用肖特基二极管。图1中的VD₂就采用1A/60V的肖特基二极管。

4）预先可假定电源效率η=70％。

5）源极引脚必须与印制板上的覆铜箔接触良好，以保证将热量及时散发出去，使芯片温度不超过＋100℃。

除了受温度条件、通风状况、封装形式、电源结构等因素的影响之外，在给定条件下LinkSwitch的最大输出功率还与高频变压器磁芯的大小、导磁率、初级电感容量、最小输入电压、输入滤波电容的容量、输出电压、整流管压降等参数有关，这会造成实际的P_OM值与设计值不相等。

3.2 高频变压器

在非连续模式下，当功率MOSFET关断时，已存储在高频变压器中的能量就转换为次级输出。若不考虑次级损耗的情况下，则高频变压器的最大转换功率为

P_M=0.5L_PI²_LIMITf

式中：L_P为初级电感量；

I²_LIMITf为系数，它代表初级极限电流的平方与开关频率的乘积，其典型值为I²_LIMITf=(254mA)2×42kHz=2710A²Hz。

P_M所对应的控制端电流用I_DCT来表示，I_DCT可用来设定LinkSwitch电源的最大输出功率点P_OM。

当开关电源从恒流区开始工作时，初级电感量（L_P）对峰值输出功率（P_OPK）起决定作用，该参数应加以控制。若估计的P_OPK值允许有±20％的变化量，则L_P值允许偏差±10％，磁芯的气隙δ≥0.08mm。

若采用EE13型磁芯，取δ=0.08mm，L_P允许有±10％的偏差，初级感应电压U_OR=40～60V，则LinkSwitch的最大输出功率可达2.7W。选择尺寸较大的磁芯能提升感应电压U_OR，进而提高输出功率。例如，选择EE16型磁芯时，最大输出功率为3W。如不考虑空载时的功率损耗，还可采用EE19型磁芯，在交流230V输入时，U_OR>70V，将输出功率提高到5W。UOR还影响恒流输出特性曲线的线性度。在完成设计前应检查恒流输出特性。

3.3 影响输出特性的因素

LinkSwitch输出特性的余量由LinkSwitch的余量以及外部电路来决定。采用如图1所示电路时，最大输出功率为2.75W，输出电压的变化量为±10％，输出电流的变化量为±20％。影响输出特性的因素主要有初级漏感、次级整流管的压降和输出引线上的电阻。例如，当初级漏感达到50μH时将导致空载时的输出电压大约上升30％。如果增加光耦反馈电路并利用外部稳压管进行二次稳压，那么整个负载范围内的输出电压变化量可降低到±5％。

3.4 关键元器件的选择

下面以图1为例，介绍选择外围关键元器件的原则。

1）钳位二极管VD₁应选择耐压为600V甚至更高的快恢复或超快恢复二极管，不能用普通的低速二极管。

2）钳位电容C4可采用0.1μF、100V的金属膜或塑料薄膜电容，容量误差在±5％、±10％或±20％均可，但不推荐使用陶瓷电容，因为该种电容受温度和电压变化的影响较大、容易引起输出电压的波动。

3）控制端电容C₃可为LinkSwitch的上电过程或自动重启动阶段提供控制电压。设计电池充电器时，C₃应选择0.22μF、10V的电容器，以保证有足够的时间去启动电路。

4）选择反馈电阻R₁的原则是在最大输出功率时能使2.3mA的反馈电流流入控制端。R₁的准确值还要看所设计的U_OR值。适当增大R₁值可改变电池充电器的输出特性，如图3所示。

图3 增大R₁值对输出特性的影响