新型LNK500开关电源器件功能与应用研究

新型LNK500开关电源器件功能与应用研究
摘要：本文简要介绍了LNK500开关电源器件的基本特点、性能及应用领域；详
细阐述了LNK500的工作原理，并通过对LNK500器件原理的分析，结合实际应用
设计出一款多路输出式电源电路。

本文还重点介绍了利用LNK500设计电路的方
法和过程。

关键词：LNK500 稳压变压器反馈电路
0 引言
LNK500开关电源器件是属于LinkSwitch系列的一个产品，LinkSwitch的特殊设计
代替了低功率的线性变压器/RCC充电器和适配器，并在同等或更低的系统成本下
有高性能和高能效。

LNK500为低功率开关电源的设计提供了一个榜样，可以与简易而低成本的线性适配器相匹敌，而且与传统的电源相比，它具有更小，更轻，
更具有吸引力封装等特点。

LinkSwitch 集成了一个700V的功率MOSFET管，PWM 控制、高电压启动、电流限制和热关断电路。

1 LNK500的基本功能介绍
1.1 LNK500的引脚功能 LNK500的管脚排列如图1所示。

LNK500的三个管脚分别为控制端C（CONTROL）、源极S（SOURCE）、漏极D （DRAIN）。

漏极（D）：功率MOSFET管漏极的连接点。

它为启动提供了内部的工作电流，
也是漏极电流中内部电流限制点。

漏极与片内功率开关管的漏极连通，漏-源击穿
电压V（BR）DS≥700V。

控制极（C）：是占空比和电流限制控制极的误差放大器和反馈电流输入极。

在
正常工作下，内部分流调整器与提供的内部偏置电流相连。

它也被作为所提供的
旁路和自动重启/补偿电容的连接点。

控制端的作用有4个：第一，利用控制电流 IC的大小来调节占空比D；第二，它
与内部的并联调整器/误差放大器相连，能为芯片提供正常工作所需的偏流；第三，该端还作为电源支路和自动重启动/补偿电容的连接点，通过外接旁路电容来决定自动重启动的频率；第四，对控制回路进行补偿。

源极（S）：输出MOSFET管源极连接到高电压功率返回点，也是主要控制电路的公共点和基准点
1.2 LNK500的工作原理 LNK500的内部框图如图2所示。

接下来就对各个部分的工作原理进行描述：
1.2.1 电源启动当加电时，也就是说首先外加一个输入电压VIN（见图3），此时
控制极的电容C1通过一个与漏极和控制极内部连接的高压电流源充电（见图2）。

相对于源极来说，当控制极的电压达到5.6V时，高压电流源被关断，同时内部的高压电路被激活，并且高压的内部MOSFET管开始转换。

在此时，储存在C1中
的电荷用于提供内部芯片的损耗。

1.2.2 恒定电流工作有电压输出，因此就有相应的电压通过变压器的初级线圈，
此时反馈控制电流IC增加。

如图3显示的，当IC与IDCT相等时，内部电流就会
限制IC的增加并使其达到ILIM。

当输出电压升高时，为了能有恒定功率来输出电流，我们就让内部的电流来限制IC的特性。

1.2.3 稳压工作当IC超过IDCS时，代表性的是2mA（图4），最大占空比就会减少。

IC的值取决于电源提供的输入电压，占空比控制限定范围内LinkSwitch的峰
值电流，使其低于内部电流的限定值。

这时，恒流工作就转换为恒压工作。

在一
个典型通用的输入设计中，最小电压的转换发生在占空比大约为30%处。

当VOUT在所要求的最小功率所提供的输入电压时，它要求R1（图3）首先被赋予一个值使IC的值大约接近于IDCT。

当剩余的电路设计被完成时，最终R1的值将确定。

当占空比低于4%时，频率降低，同时在轻载的条件下也就减少了能量的消耗。

1.2.4 自动—重启工作在出现错误的条件下，即电路处在开路或短路的条件下，为了防止过量的外部电流流入控制极，电容C1就开始放电，当电容放电达到4.7V 时，自动—重启就被激活，使MOSFET管关闭，并使控制电路处在了低电流的备用状态。

处于自动—重启时，LinkSwitch周期性地提供电源以致于当错误被解决时，正常提供电源的工作能被储存。

1.2.5 选择次级反馈图5显示了一个典型利用LinkSwitch和光耦反馈来改进输出电压调整的图。

这里最重要的一点是，此图不同于图4的是加了R3，C3和光耦二极管U1。

R3和R1形成了分压以限制U1发射极的电压。

其次，电压的加入会影响电路中的成分R4，VR1和U1LED提供电压反馈信号。

在例子中显示，一个简单的VR1会通过一个精确的TL431来使用，它需要提供输出电压的容许偏差是+5%并有电缆补偿。

R4给VR1提供了一个偏压。

调节的输出电压相当于VR1的电压加上U1LED下降的电压。

R5选择低值电阻以限制U1LED的峰值电流使其输出纹波。

U1被安排集电极连接到地，发射极连接到D1的正极。

如果光耦被代替而放在D1的阴极，它将变成一个转换点，通过它的内部电容会产生额外的干扰电流。

在图5中的反馈构造是一个简单的电阻分割器，它由R1，R3和D1，R2，C1和
C2调整，滤除和平滑主要的线圈电压信号。

光耦因此有效地调整了电阻分割比率使其控制直流电压通过R1，并且反馈电流通过LinkSwitch的控制极收到。

当提供的功率在恒流区域内工作时，比如说当充电时，输出电压低于电压反馈电压的阈值，它是由U1和VR1定义的，此时光耦就不起作用。

在这个区域里，电路如图3所描述的那样，LinkSwitch的内部电流限制会调整到提供一个近似恒流输出的特性。

要注意在恒流区域相似的输出特性中，图3中R1的值等于图5中R1+R3的值。

当输出达到反馈电压的由U1和VR1确定的阈值，光耦就起作用。

任何功率提供的输出电压的增加都会导致U1晶体管电流的增加，同样也增加了通过R1的反馈电压。

通过图4可知，LinkSwitch的控制电流的增加会减小占空比，因此要维持输出电压的规则。

一般来说，R1和R3的值选择相等。

但是在稳压区域，R3增加也要使线圈增加，以改进负载的规则。

在设计完成以前就应该通过光耦电压和额定损耗对R3增加的值进行限制。

C2和C3值的确定不是很重要，但是在开关频率中它们足够大的影响到由R1，R3和U1形成的分压电路。

一般来说，图5中的C2和C3的值等于图3中C2的值，额定电压可以通过上面论述过的R1和R2的值来减少。

2 利用LNK500开关电源电路的设计方法
LNK500是由美国Powerint公司新开发的开关电源器件。

根据上述的LNK500的一些功能特性分析，可以按如下图设计多路输出的开关电源电路设计。

此设计的电路可以分为七个模块，电路的主要框图如下：
3 结束语
本文在介绍了LNK500开关电源器件基本性能、特点及工作原理的基础上，介绍了利用LNK500来设计多路输出式开关电源电路。

着重分析并设计了多路输出式
25W开关电源电路。

该电路可作为很多电器的充电器，也可用于大型家具和电器设备，还可用于电视和其他辅助设备。

由于本文是采用模块化来叙述的，各模块表述比较简明、方便，而在表示整个复杂的功能时，很难有条有理的表达清楚。

因此，在完善性，连续性方面还有待进一步研究。

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