LNK6766E 30 W電源的設計參考

•  摘要與功能

 一次側調節隔離式返馳式轉換器，調節範圍不超過±5%。

 132 kHz 切換頻率，可減小變壓器和輸出濾波器的尺寸。

 滿載連續導通模式操作，可改善效率並降低輸出電容器漣波電流。

 多重模式操作使滿載範圍內的效率達到最大

 230 VAC 條件下功耗小於 30 mW。

 廣泛的保護功能，包括OVP、OTP、電壓啟動/關閉、線電壓過壓和喪失調節功能(自動重新啟動)。

 符合 EN-550022 和CISPR-22 B 級傳導性EMI (5 dB 餘裕) 標準。

 符合 IEC61000-4-5，1 kV / 2 kV 突波標準。

 

1. 簡介

本報告說明通用電壓輸入、12 V、30 W 隔離式返馳式轉換器，其採用LinkSwitch-HP IC 系列中的LNK6766E 裝置。內容涵蓋電源供應器的完整規格、詳細電路圖、打造供電器的完整物料清單、各種變壓器文件，以及最重要的電氣波形的測試資料和波形繪製圖。

 

2. 電源供應器規格

下表列出可接受此設計的最低效能。實際效能列在結果部分。

 

 3. 電路图

  

4. 電路說明

4.1 輸入整流和濾波

橋式整流器 BR1 會對C2 過濾的AC 輸入進行整流。電感器L4、C14 和C2 會用於削減差模和共模傳導性EMI。遮蔽技術用於變壓器T1 的構造中，以減少共模EMI 位移電流。此濾波器排列、遮蔽技術加上IC 的頻率抖動功能，為這個採用Y 電容器和一次側RZCD 箝位電路的解決方案提供優異的EMI 效能。

4.2 LinkSwitch-HP 一次側

LNK6766E 裝置(U3) 將振盪器、誤差放大器和多模共用電路、啟動和保護電路，以及高壓功率MOSFET 全都整合到一個單晶片IC 上。

變壓器的一側連接到高壓匯流排，另一側則連接到U3 的汲極(D) 接腳。在開始切換週期時，控制器會開啟功率MOSFET，逐漸增加一次側繞組中的電流，藉此將能量儲存在變壓器的鐵芯。當電流達到內部誤差放大器(補償(CP) 接腳電壓) 的輸出端所設定的限制臨界值，控制就會關閉功率MOSFET。由於變壓器繞組的相位變化和輸出二極體的方向，儲存的能量會接著在二次側繞組上產生電壓，使輸出二極體變為正向偏壓，然後儲存的能量就會輸送到輸出電容器。

連接到旁路 (BP) 接腳的電容器C5 (0.47 F) 會設定過壓保護(OVP) 和鎖定與喪失調節過溫保護(OTP)，以便在達到指定的關閉期間(通常為1500 ms) 之後自動嘗試重新啟動。

4.3 一次側 RZCD 箝位

二極體D1、VR1、C3、R2 和R3 會形成RZCD 突波吸收器，以用於限制LinkSwitch-HP 上的電壓應力。所以，265 VAC 條件下的汲極電壓峰值會限制為低於540 V，這樣與汲極電壓(BVDSS) 650 V 之間就有很大的餘裕。積納二極體VR1 會防止電容器C3 完全放電每次切換週期，以降低待機功耗。

二極體 D1、R2、VR1、C3、R5 和R6 會形成RCD 突波吸收器，以用於限制LinkSwitch- HP 上的電壓應力。所以，265 VAC 條件下的汲極電壓峰值會限制為低於580 V，這樣與汲極電壓(BVDSS) 700 V 之間就有很大的餘裕。

4.4 輸出整流

對 12 V 輸出進行整流是由二極體D8 所提供，濾波則由電容器C12、C21 及電感器L5 和L22 提供。R13 和C13 形成的突波吸收器提供高頻率過濾，以改善EMI。

4.5 外部限電流設定

最大週期性電流限制是由連接至程式(PD) 接腳的電阻器R8 所設定。本設計中的23.2 k 電阻器將最大限電流設為 LNK6766E 預設限電流的60%。

4.6 回授和補償網路

輸出電壓在返馳期間，會透過偏壓繞組和分壓電阻器 (R19 和R20) 進行感測。感測到的輸出電壓會與回授(FB) 接腳臨界值進行比較，以便調節輸出，或在偵測到過壓情況時停止切換(OVP)。一次側調節解決方案不僅可降低系統成本，還可以改善系統使用期限，因為採用LinkSwitch-HP 設計的電源供應器完全不需要光耦合器(會明顯降低電源供應器的使用期限)。

分壓電阻器 R19 和R20 也會用於在整合功率MOSFET 啟動期間，間接監控匯流排電壓。啟動時，此IC 只會在匯流排通常達到100 V (電壓關閉臨界值) 時才會啟用切換。假設例如在電壓關閉情況下，匯流排電壓下降至低於40 V 典型值，則裝置會停止切換(電壓關閉保護)。當匯流排電壓達到過大等級(例如因為線間突波導致這情況)，則裝置會停止切換。此外，週期性電流限制會在線上補償，以限制可用的過載功率。如需進一步詳細資訊，請參閱裝置規格型錄。

在 FB 接腳處感測到的電壓會在CP 接腳處產生控制電壓。電阻器R7 和電容器C7 和C8 會用於控制迴路補償。一次側工作峰值電流和工作切換頻率由CP 接腳電壓所決定。

 5. PCB Layout (走線布局)

 

6. BOM BOM List(物料表)
     
      請參閱附件

 

7. 變壓器規格

      7.1 電氣圖

 

   7.2 電氣規格

 

Electrical Strength	1 second, 60 Hz, from pins 1-3 to pins 6-10.	3000 VAC
Primary Inductance	Pins 6-9, all other windings open, measured at 100 kHz, 0.4 VRMS.	0.693 mH, ±7%
Resonant Frequency	Pins 6-9, all other windings open.	1400 kHz (Min.)
Primary Leakage Inductance	Pins 6-9, with all other pins shorted, measured at 100kHz, 0.4 VRMS.	15 H (Max.)

 

   7.3 物料

 

Item	Description
[1]	Core:RM8, NC-2H (Nicera) or Equivalent, gapped for ALG of 219 nH/t².
[2]	Bobbin:Vertical 12 pin.
[3]	Magnet Wire:#26 AWG.
[4]	Magnet Wire:#33, #36 AWG.
[5]	TIW Wire:#25 AWG.
[5]	Tape:3M 1298 Polyester Film, 2.0 mils thick, 9.8 mm wide.

 

8. 效能資料

於室溫、50 Hz 線電壓頻率下進行所有測量(除非另有指定)。所有測試的滿載均為2.5 A。

   8.1 工作模式效率

 

Input voltage	Vout	Iout	Pin	Efficiency
115V	12.1	0.625	8.73	0.866266
	12	1.251	17.18	0.873807
	11.94	1.875	25.79	0.868069
	11.91	2.5	34.32	0.86757
			Avg	0.868928
Input voltage	Vout	Iout	Pin	Efficiency
230V	12.1	0.625	8.9	0.849719
	12.01	1.251	17.32	0.867466
	11.97	1.875	25.65	0.875
	11.94	2.5	34.25	0.871533
			Avg	0.865929

   8.2 無負載輸入功率

 

9. 波形

   9.1 汲極電壓和電流，正常操作

 

– 90 VAC, Full Load. Upper:VDRAIN, 100 V / div. Lower:IDRAIN, 0.5 A / div., 10 s / div.

 

– 265 VAC, Full Load. Upper:VDRAIN, 200 V / div. Lower:IDRAIN, 0.5 A / div., 10 s / div.

 

10. 溫度測試/散熱效能 (TAMBIENT = 25 °C)

Thermal performance was measured at full load operation, open frame at ambient temperature of 25 °C.The transformer winding temperature was taken on the outermost layer.

 

 11. Q/A 問答

Q1. LNK6766E的内置MOSFET 650V, 如果我们针对印度市场AC电压不稳定的情况，那怎么来应对这样的问题？
Answer: LNK6766E是PI Linkswitch-HP系列的一个产品，如果客户有这样的需求，我们可以选用LNK6776E，他和LNK6766E完全Pin to Pin, 但内置MOSFET耐压725V。如下圖。

Q2. LNK6766E的工作频率是135K, 可以减小吗？
Answer: 我们不可以设定频率，我们有Jitter模式，大约+/-5K, 可以帮助改善EMI。

Q3. 如果因为内置MOSFET Rds(on)大, 如果我们希望提高效率，要怎么做？
Answer: 可以选用我们更高规格的PI 同系列IC, Pin to Pin, 不需要太多额外的精力。如下圖。

Q4. 我们选定IC方案后，怎样设定不同的OCP？
Answer: 我们可以通过Program Pin 来设定最大电流的百分比，如下图：

Q5. 如果我们自己来设计方案，有比较完整的设计工具吗？
Answer: 可以进入PI 官网www.power.com, 里面有在线设计资料，可以提供具体的参数设置。

Q5. 如果选用PI方案，你们有怎样的支援？
Answer: 1 .我们有就近的FAE team 来处理，在TW, 大陆会有FAE 从原理图，PCB layout到测试调整都有FAE 帮助RD一起处理。
               2. 同时在不同地区，都有Office, 也有业务来帮助你们处理商务上的问题。