The LinkSwitch-II dramatically simplifies low power CV/CC charger designs by eliminating an optocoupler and secondary control circuitry. The device introduces a revolutionary control technique to provide very tight output voltage and current regulation, compensating for transformer and internal parameter tolerances along with input voltage variations.
The device incorporates a 700 V power MOSFET, a novel On/Off control state machine, a high voltage switched current source for self biasing, frequency jittering, cycle-by-cycle current limit and hysteretic thermal shutdown circuitry onto a monolithic IC.
Product Highlights
Dramatically Simplifies CV/CC Converters
Eliminates Optocoupler and all secondary CV/CC control circuitry
Eliminates all control loop compensation circuitry
Advanced Performance Features
Compensates for transformer inductance tolerances
Compensates for input line voltage variations
Compensates for cable voltage drop (LNK61X series)
Compensates for external component temperature variations
Very tight IC parameter tolerances using proprietary trimming technology
Frequency jittering greatly reduces EMI filter cost
Even tighter output tolerances achievable with external resistor selection/trimming
Advanced Protection/Safety Features
Auto-restart protection reduces power delivered by >95% for output short circuit and control loop faults (open and shorted components)
Hysteretic thermal shutdown – automatic recovery reduces power supply returns from the field
Meets HV creepage requirements between Drain and all other pins both on the PCB and at the package
EcoSmart – Energy Efficient
Easily meets all global energy efficiency regulations
No-load consumption <200 mW at 230 VAC and down to below 30 mW with optional external bias
On/Off control provides constant efficiency down to very light loads – ideal for CEC and ENERGY STAR 2.0 regulations
No current sense resistors – maximizes efficiency
Green Package
Halogen free and RoHS compliant package
Applications
Chargers for cell/cordless phones, PDAs, MP3/portable audio devices, adapters, LED drivers, etc.
圖1. LinkSwitch-II系列功能方框圖
圖2.節(jié)能的USB充電器電源(平均效率74%,無(wú)負(fù)載時(shí)的功耗小于40mW)
圖3.沒(méi)有偏置電源的LinkSwitch-II反激電源
2.75W USB充電器的參考設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)特色
采用革新性控制概念，能夠?qū)崿F(xiàn)元件數(shù)量少、成本極低的解決方案
初級(jí)側(cè)控制省去了次級(jí)側(cè)控制器和光耦器
恒壓(CV)精度：±5%
恒流(CC)精度：±10%
帶遲滯恢復(fù)的過(guò)熱保護(hù)功能可確保PCB溫度在所有條件下均處于安全范圍內(nèi)
自動(dòng)重啟動(dòng)：輸出短路和開(kāi)環(huán)保護(hù)
極高能效
整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)的平均效率：74%（能源之星2.0要求為64%）
空載輸入能耗：在230 VAC輸入情況下小于40 mW
輕松滿足以下標(biāo)準(zhǔn)要求：
EN55022和CISPR-22 B級(jí)傳導(dǎo)EMI要求（EMI裕量>10 dBμV）
IEC 61000-4-5 3級(jí)AC電涌和ESD承受力
滿足<5 mA的電池放電要求
工作原理
圖4所示為2.75 W恒壓／恒流(CV/CC)通用輸入充電器電源的電路圖，該設(shè)計(jì)采用了Power Integrations的LinkSwitch系列產(chǎn)品LNK613DG。這種設(shè)計(jì)非常適合手機(jī)或類(lèi)似的USB充電器應(yīng)用，包括手機(jī)電池充電器、USB充電器或任何有恒壓／恒流特性要求的應(yīng)用。
在本設(shè)計(jì)中，二極管D1至D4對(duì)AC輸入進(jìn)行整流，電容C1和C2對(duì) DC進(jìn)行濾波。L1、C1和C2組成一個(gè)π型濾波器，對(duì)差模傳導(dǎo) EMI噪聲進(jìn)行衰減。這些與Power Integrations的變壓器E-sheild™ 技術(shù)相結(jié)合，使本設(shè)計(jì)能以充足的裕量輕松滿足EN55022 B級(jí)傳 導(dǎo)EMI要求，且無(wú)需Y電容。防火、可熔、繞線式電阻RF1提供嚴(yán) 重故障保護(hù)，并可限制啟動(dòng)期間產(chǎn)生的浪涌電流。
圖1顯示U1通過(guò)可選偏置電源實(shí)現(xiàn)供電，這樣可以將空載功耗降 低到40 mW以下。旁路電容C4的值決定電纜壓降補(bǔ)償?shù)臄?shù)量。
1 μF的值對(duì)應(yīng)于對(duì)一條0.3 Ω、24 AWG USB輸出電纜的補(bǔ)償。（10 μF電容對(duì)0.49 Ω、26 AWG USB輸出電纜進(jìn)行補(bǔ)償。）在恒壓階段，輸出電壓通過(guò)開(kāi)關(guān)控制進(jìn)行調(diào)節(jié)。輸出電壓通過(guò)跳過(guò)開(kāi)關(guān)周期得以維持。通過(guò)調(diào)整使能與禁止周期的比例，可以維持穩(wěn)壓。這也可以使轉(zhuǎn)換器的效率在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)得到優(yōu)化。
輕載（涓流充電）條件下，還會(huì)降低電流限流點(diǎn)以減小變壓器磁 通密度，進(jìn)而降低音頻噪音和開(kāi)關(guān)損耗。隨著負(fù)載電流的增大，電流限流點(diǎn)也將升高，跳過(guò)的周期也越來(lái)越少。
當(dāng)不再跳過(guò)任何開(kāi)關(guān)周期時(shí)（達(dá)到功率點(diǎn)），LinkSwitch-II內(nèi)的控制器將切換到恒流模式。需要進(jìn)一步提高負(fù)載電流時(shí)，輸出電壓將會(huì)隨之下降。輸出電壓的下降反映在FB引腳電壓上。作為對(duì)FB引腳電壓下降的響應(yīng)，開(kāi)關(guān)頻率將線性下降，從而實(shí)現(xiàn)恒流輸出。
D5、R2、R3和C3組成RCD-R箝位電路，用于限制漏感引起的漏極電壓尖峰。電阻R3擁有相對(duì)較大的值，用于避免漏感引起的漏極電壓波形振蕩，這樣可以防止關(guān)斷期間的過(guò)度振蕩，從而降低傳導(dǎo)EMI。
二極管D7對(duì)次級(jí)進(jìn)行整流，C7對(duì)其進(jìn)行濾波。C6和R7可以共同限制D7上的瞬態(tài)電壓尖峰，并降低傳導(dǎo)及輻射EMI。電阻R8和齊納二極管VR1形成一個(gè)輸出假負(fù)載，可以確保空載時(shí)的輸出電壓處于可接受的限制范圍內(nèi)，并確保充電器從AC市電斷開(kāi)時(shí)電池不會(huì)完全放電。反饋電阻R5和R6設(shè)定工作頻率與恒壓階段的輸出電壓。
設(shè)計(jì)要點(diǎn)
選擇電容C7作為低ESR型電容，可以滿足輸出電壓紋波要求，而無(wú)需使用后級(jí)LC濾波器。
如果可以接受較低的平均效率（降低3%到4%），則用PN結(jié)型二極管來(lái)替代D7，這樣可降低成本。然后根據(jù)需要重新調(diào)節(jié)R5和R6，確保輸出電壓保持基本恒定。
在PCB板上，將旁路引腳電容(C4)靠近U1放置。減小箝位和輸出二極管的環(huán)路面積，以降低EMI。使AC輸入和開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)保持一定距離，降低可能會(huì)繞開(kāi)輸入濾波的噪聲耦合。
U1上高壓引腳與低壓引腳之間的爬電距離非常大，可以避免產(chǎn)生電弧并提高可靠性，這在非常潮濕的條件下特別重要。R5和R6應(yīng)使用容差為1%的電阻，這樣可以提高電壓和電流調(diào)
節(jié)的準(zhǔn)確度。
圖4.2.75 W恒壓／恒流通用輸入充電器電源的電路圖