基于LinkSwitch - LP的2W充電器設計解析

一、引言

在低功率應用領域，傳統(tǒng)的線性變壓器充電器逐漸被更高效、更智能的開關電源所取代。Power Integrations推出的基于LinkSwitch - LP（LNK564P）的EP - 85 2W充電器，為我們提供了一個優(yōu)秀的解決方案。該充電器具有低成本、低元件數(shù)量、高能源效率等諸多優(yōu)點，適用于多種低功率充電場景。

文件下載：DAK-85.pdf

二、產品概述

2.1 規(guī)格參數(shù)

• 輸入：90 - 265 VAC，頻率47 - 63 Hz。
• 輸出：6V，330 mA，連續(xù)輸出功率2.0W。
• 效率：平均效率可達64.9%（CEC規(guī)格測量），輕松滿足國際能源效率標準。
• 空載功耗：在265 VAC時僅140 mW。
• 漏電流：在265 VAC輸入時小于5 μA。
• EMI：滿足EN550022和CISPR - 22 Class B標準，且有>9 dBμV的余量。
• 浪涌：符合IEC61000 - 4 - 5 Class 3 AC線路浪涌標準。

2.2 特點優(yōu)勢

• 低成本、低元件數(shù)量：僅需14個元件，采用專有IC和電路技術，實現(xiàn)Clampless?設計和簡單的Filterfuse?輸入級。
• 安全可靠：集成LinkSwitch - LP的安全/可靠性特性，包括過溫保護（±5%公差，帶滯后恢復）、自動重啟輸出短路和開環(huán)保護，以及擴展的引腳爬電距離（>3.2 mm），確保在潮濕環(huán)境下可靠運行。
• 節(jié)能高效：EcoSmart?技術，輕松滿足現(xiàn)有和未來的國際能源效率標準。

三、電路設計

3.1 輸入與EMI濾波

采用C1和L1構成的低成本輸入濾波級實現(xiàn)AC輸入差分濾波。LNK564的專有頻率抖動特性消除了對輸入π濾波器的需求，僅需一個大容量電容。L1既作為濾波器元件，又可作為保險絲使用，進一步降低了系統(tǒng)成本。在允許降低EMI余量和/或降低輸入浪涌承受能力的應用中，可移除中性相的輸入二極管D2。

3.2 LinkSwitch - LP反饋

利用LNK564的ON/OFF控制實現(xiàn)簡化的偏置繞組電壓反饋。由R1和R2組成的電阻分壓器決定變壓器偏置繞組在開關關斷期間的輸出電壓。在恒壓區(qū)域，LNK564通過啟用/禁用開關周期來維持FB引腳的1.69V電壓。增加C3的電容值可進一步降低空載功耗。

3.3 初級鉗位與變壓器結構

由于LNK564制造過程中采用的嚴格電流限制微調技術和變壓器結構技術，實現(xiàn)了無鉗位初級電路。在265 VAC時，峰值漏極電壓通常限制在小于550V，為700V的最小漏極電壓規(guī)格提供了顯著的余量。

3.4 輸出整流與濾波

輸出整流和濾波由輸出整流器D4和濾波電容C5完成。由于自動重啟功能，平均短路輸出電流遠小于1A，允許使用低成本的整流器D4?？蛇x電阻R3提供預負載，限制空載輸出電壓。在需要時，可安裝可選的齊納鉗位（VR1）來限制開環(huán)條件下的最大輸出電壓。

3.5 可選組件

• RF1：可用于替代Filterfuse配置，提供傳統(tǒng)保險絲功能。
• VR1：用于在開環(huán)條件下將輸出電壓限制在較低值。
• C4：一個小值（100 pF）的Y1電容，可在變壓器結構變化時提供更好的EMI一致性。

四、變壓器設計

4.1 電氣規(guī)格

• 電氣強度：60 Hz，1分鐘，1 - 5引腳到6 - 7引腳之間為3000 VAC。
• 初級電感：從1 - 2引腳測量，其他繞組開路時為2.7 mH（±5%）。
• 初級繞組電容：所有繞組開路時最大為50 pF。
• 初級漏電感：1 - 2引腳測量，6 - 7引腳短路時最大為75 μH。

4.2 材料與構建

采用EE16磁芯，搭配特定的漆包線和絕緣膠帶。變壓器的構建遵循特定的繞組方法，確保安全和性能。

五、性能測試

5.1 效率

在不同輸入電壓和負載條件下進行效率測試，結果顯示該充電器在各種工況下都能保持較高的效率，平均效率達到64.9%，遠超目標值55.2%。

5.2 空載輸入功率

空載輸入功率在不同AC輸入電壓下進行測量，在265 VAC時約為140 mW，遠低于歐洲標準的300 mW和部分客戶規(guī)格設定的150 mW目標。

5.3 調節(jié)特性

LNK564在輸出電壓低于1.5V時進入自動重啟模式，防止過大的短路電流。負載和線路調節(jié)特性良好，確保輸出電壓穩(wěn)定。

5.4 熱性能

在密封適配器外殼中，45°C的高溫環(huán)境下進行自然對流測試。測試結果表明，各組件的溫度上升均在正?？山邮艿姆秶鷥?。

5.5 紋波測量

采用特定的紋波探頭進行測量，在最壞情況下（90 VAC和265 VAC，最大負載），總開關輸出紋波低于150 mV pk - pk。

5.6 傳導EMI

EMI測試結果顯示，該充電器在準峰值和平均值上均有>9 dB的余量，滿足EN55022B標準。

5.7 AC線路浪涌

對輸入線路進行1.2/50 μs差分浪涌測試，在各種浪涌水平下，充電器均能正常工作，無故障或輸出故障現(xiàn)象。

六、總結

Power Integrations的EP - 85 2W充電器基于LinkSwitch - LP（LNK564P）實現(xiàn)了低成本、高性能的設計。其在效率、安全、可靠性和EMI等方面表現(xiàn)出色，適用于多種低功率充電應用。電子工程師在設計類似的充電器時，可以借鑒該設計的思路和方法，根據(jù)具體需求進行優(yōu)化和改進。你在實際設計中是否也遇到過類似的挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和想法。