Сетевой адаптер с выходной мощностью 2 Вт на микросхеме LNK362P.

 

Сетевой адаптер с выходной мощностью 2 Вт на микросхеме LNK362P.

 

Основные преимущества этой реализации:

• Низкое число элементов (всего 19), низкая стоимость решения.
• Встроенные в Linkswitch-XP функции безопасности и надежности.
  • Допуск микросхемы +/-5%, авторестарт, гистерезис, защита от перегрева - позволяют температуре печатных проводников оставаться ниже опасного уровня.
  • Авторестарт - защитит источник пиатния от КЗ в нагрузке и разрыва цепи обратной связи.
  • Защитное расстояние микросхемы >3.2мм. делает устройство более устойчивым к пыли и влажности.
• Технология EcoSmart - позволяет конечному устройству соответствовать всем существующим мировым стандартам энергопотребления.
  • Потребление на холостом ходу 110мВт при Uвх=265В.
  • КПД выше 61.5% (удовлетворяет требованиям СЕС в 55.2%)
• Конструкция трансформатора E-Shield tm а также частотный джиттер (встроенный в микросхему), позволяет данному источнику питания соответствовать стандартам ЭМИ - EN550022 и CISPR-22 класс B.

 

Внешний вид печатного узла:

 

Семейство микросхем LinkSwitch-LP было спроектированио для замены маломощных дискретных импульсных и линейных источников питания. Релейный метод управления (вкл/выкл) дает преимущества высокого КПД в области максимальной нагрузки.
В отличии от большинства импульсных источников питания на дискретных элементах, LinkSwitch-XT имеет встрооенную интелектуальную тепловую защиту. Защита имеет строгий допуск 142С +/- 5%, широкий гистерезис в 75 С и автоматический рестарт, который запустит источник, как только достаточно температура опустится. Это защищает источник питания, нагрузку, пользователя и при этом температура печатных проводников никогда не достигнет опасного температуры выше 100 С. Аналогичные системы импульсного питания на дискретных элементах очень часто требуют, что после отключения необходимо отключить входное напряжение, после чего запустить источник снова. Это достаточно неудобно, особенно в промышленном применении источников, где оператор не сможет следить за всеми устройствами сразу, ввиду большого их количества.

Корпус микросхемы имеет очень большое защитное расстояние между высоковольтным пином DRAIN и пинами с низким напряжением. Это очень важно для надежной работы источников питания в пыльных помещениях и в помещениях с повышенной влажностью. Большое защитное расстояние существенно уменьшает вероятность искы, что в свою очередь повыщает надежность и время работы.

Еще одной важной защитой является авто-рестарт, который начинает работать, если втечении 40 ms нет реакции обратной связи (например КЗ в нагрузке или обрыв цепи обратной связи). Авто рестарт ограничивает уровень выходного тока на уровне 5% от максимального. Как только неисправность устранена, микросхема возвращается в нормальный режим работы.

Потребление на холостом ходу микросхемы составляет 110 мВт при напряжении 265 В (наихудший случай), это полностью удовлетворяет европейские стандарты в 300 мВт.

Обмотки трансорматора на ЕЕ16 также имеют большое защитное расстояние , что делает источник более безопасным.

 

1. Спецификация:

Описание	Обозначение	Мин	Норма	Макс	Единицы изм.
Вход Входное напряжение Входная частота Потребление на холостом ходу	Vin fline	85 47	50/60	265 64 0,15	VAC Hz W
Выход Выходное напряжение 1 Выходная пульсация 1 Выходной ток 1 Выходная мощность	Vout1 Vripple1 Iout1 Pout1	5.77	6.2 60 322 2.0	6.63	V mV mA W
КПД КПД при полной нагрузке Средний КПД при мощности 25,50,75,100% от Pmax	n ncec	60 55.2			% %
Температура окружающей среды	Tamb	0		40	С

 

2. Схема этого источника питания представлена на следующем рисунке:

3. Описание работы схемы:

Топология этой схемы - обратноходовая. Выходное напряжение снимается и сравнивается с опорным (VR1) на вторичной части схемы. Результат сравнения подается через оптопару PC817A на U1 (LNK362P) как сигнал обратной связи.Это позволяет U1 регулировать выходное напряжение в широком диапазоне выходных нагрузок.Если потребляемый ток нагрузки превысит максимально допустимый микросхемой, микросхема войдет в режим авторестарта и выходной ток будет ограничен на уровне 5% от максимального. Схема также использует технологию Clampless, которая позволяет исключить цепь гашения выброса (возникающего из-за индукции рассеяния трансформатора в момент отключения силового ключа), засчет емкости первичной обмотки трансформатора.

Диоды D1-D4 выпрямляют переменный ток. Полученный постоянный ток запасается в конденсаторах С1 и С2. Индуктивность L1 и конденсаторы С1 и С2 формируют П-образный фильтр, подавляющий диференциальную помеху. Резистор R1 подавляет "звон" фильтра.

Микросхемы LNK362P включает в себя следующие компоненты: Силовой MOSFET транзистор на 700 Вольт, низковольтный CMOS контроллер, высоковольтный источник (обеспечивает старт источника и стабилизацию тока во время работы), тепловую защиту (гистерезис) и схему авто рестарта. Высокие характеристики источника обусловлены работой транзитосра на частоте до 132 кГц.

Выпрямленное и фильтрованное напряжение приложено к одному концу обмотки трансформатора, к второму концу подключен сток микросхемы U1. Как только напряжение сток-исток превышает 50 Вольт, внутренний источник тока начинает заряжать конденсатор С3, соединенный с пином Bypass Pin (BP). Как только напряжение на С3 достигает 5.8 Вольт, контроллер открывает MOSFET транзитор. Ток через транзистор снимается с внутреннего сопротивления транзистора сток-исток Rds в момент включенного состояния. В тот момент, когда ток достигает установленного предела I limit, контроллер запирает транзистор. Кроме этого микросхема отслеживает максимальный рабочий цикл и при достижении максимального, отключает транзистор, даже если ток не достиг максимального значения. Контроллер регулирует выходное напряжение путем пропуска рабочих циклов (управление вкл/выкл), если напряжение выше требуемого уровня. В нормальном режиме работы MOSFET транзистор выключается каждый раз, когда ток обратной связи (feedback pin) достигает значения 49 uA. Если ток обратной связи меньше 49 uA и поступает сигнал с внутреннего clock генератора, транзистор открывается на этот рабочий цикл. Рабочий цикл завершается при достижении током I limit. При полной нагрузке несколько рабочих циклов могут быть пропущены из-за очень высокой рабочей частоты. При снижении нагрузки большее количество рабочих циклов оказывается пропущено, что снижаем эффективную рабочую частоту.

Выходное напряжение источника питания определяется суммой VR1, R2 и напряжения на светодиоде оптопары U2A. Когда источник питания включается, U2A регулирует проводимость фото-транзистора (U2B), который обеспечивает ток >49uA на пин обратной связи микросхемы, при этом следующий рабочий цикл будет пропущен. Резистор R2 ограничивает ток через VR1 на уровне 1 mA. Резистор R3 может быть использован для более точной подстройки выходного напряжения а также для ограничения тока через U2A во время переходный процессов. Так как контроллер микросхемы отрабатывает каждый рабочий цикл (т.е. решение о том будет рабочий цикл или нет принимается непосредственно перед каждым из них), следовательно обратная связь не требует частотной компенсации.

4. Печатная плата источника питания:

 

5. Перечень элементов:

№	Обозначение	Кол-во	Номинал	Описание	Part number производителя.	Производитель
1	С1, С2	2	3.3 uF	3.3 uF, 400 V, Electrolytic, (8 x 11.5)	TAQ2G3R3MK0811MLL3	Taicon Corporation
2	С3	1	100 nF	100 nF, 50 V, Ceramic, Z5U, 0.2 Lead Space	C317C104M5U5CA	Kemet
3	С4	1	100 pF	100 pF 100 pF, Ceramic, Y1	440LT10	Vishay
4	С5	1	330 uF	330 uF 330 uF, 16 V, Electrolytic, Very Low ESR, 72 mOhm, (8 x 11.5)	EKZE160ELL331MHB5D	Nippon Chemi-Con
5	D1, D2, D3, D4	4	1N4005	600 V, 1 A, Rectifier, DO-41	1N4005	Vishay
6	D5	1	1N4934	100 V, 1 A, Fast Recovery, 200 ns, DO-41	1N4934	Vishay
7	J1, J2	2	CON1	Test Point, WHT,THRU-HOLE MOUNT	5012	Keystone
8	J3	1	Output Cable Assembly	6 ft, 22 AWG, 0.25 Ohm, 2.1 mm connector (custom)	-	-
9	JP1	1	J	Wire Jumper, Non insulated, 22 AWG, 0.3 in	298	Alpha
10	L1, L2	2	1 mH	1 mH, 0.15 A, Ferrite Core	SBCP-47HY102B	Tokin
11	R1	1	3.9 k.	3.9 kOhm, 5%, 1/8 W, Carbon Film	CFR-12JB-3K9	Yageo
12	R2	1	1 k.	1 kOhm, 5%, 1/8 W, Carbon Film	CFR-12JB-1K0	Yageo
13	R3	1	390 .	390 Ohm, 5%, 1/8 W, Carbon Film	CFR-12JB-390R	Yageo
14	RF1	1	8.2 .	8.2 Ohm, 2.5 W, Fusible/Flame Proof Wire Wound	CRF253-4 5T 8R2	Vitrohm
15	T1	1	EE16	Transformer, EE16, Horizontal, 10 pins	SNX-1378	Santronics Li Shin
16	U1	1	LNK362P	LinkSwitch-XT, LNK362P, DIP-8B	LNK362P	Power Integrations
17	U2	1	PC817A	Opto-coupler, 35 V, CTR 80-160%, 4-DIP	PC817X1	Sharp
18	VR1	1	BZX79-B5V1	5.1 V, 500 mW, 2%, DO-35	BZX79-B5V1	Vishay

6. Трансформатор.

Электрическая спецификация:

Электрическая прочность (1 с., 60 Гц, с пинов 3,4,5 на пины 8,9) - 3000 VAC.

Индуктивность первичной обмотки (пины 3-4, остальные обмотки отключены, частота измерения 100кГц) - 2.64 mH, +/-12%.

Резонансная частота (пины 3-4, все остальные обмотки отключены) - 275 кГц (мин) - 500 кГц (макс.).

Индукция рассеяния первичной обмотки (Пины 3-4, пины 8-9 закорочены, частота измерения 100 кГц) - 70uH (макс).

 

Диаграмма построения:

 

Далее рассмотрим графики и осцилограммы работы источника питания:

1. Зависимость КПД от выходной мощности.

 

2. Зависимость КПД от входного напряжения и выходной мощности.

% от полной нагрузки	КПД (%) @ 115 VAC	КПД (%) @ 230 VAC
25	63,3	58,2
50	65,2	61,4
75	64,9	63,0
100	64,9	63,2
Усредненный КПД	64,6	61,5
Требования СЕС	55,2

 

 

 

 

 

 

3. Потребляемая источником мощность на холостом ходу:

 

4. Выдаваемая в нагрузку мощность, взависимости от входного напряжения (при входной мощности 1 и 2 Вт.).

 

5. Нагрузочная характеристика.

(замеры проводилсь на конце 2х метрового кабеля, его сопротивление по постоянному току 0,2 Ом)

 

6. Зависимость выходного напряжения от входного.

 

7. Тепловой режим работы.

Температура измерялась внутри пластикового корпуса при полной нагрузке, без воздушной конвекции.

	90 VAC	265 VAC
Темпаратура окружающей среда	40 С	40 C
LNK362P (source pin)	93.0C (at) 2.0W output (6.2V, 322mA)	118.0C (at) 2.0W output (6.2V, 322mA)

Карта тепловых полей.

 

8. Осцилограммы напряжения и токов на коллекторе.

Левая осцилограмма: 85 VAC, полная нагрузка, верх - I drain 0.1А/дел., низ - V drain 100V/дел.

Правая осцилограмма: 265 VAC, полная нагрузка, верх - I drain 0.1A/дел., низ - V drain 200V/дел.

 

9. Профиль выходного напряжения при запуске.

Левая осцилограмма: 115 VAC, 1V, 10 ms/дел.

Правая осцилограмма: 230 VAC, 1V, 10 ms/дел.

 

10. Тест на ЭМИ.

115 VAC, 60 Hz, пределы EN55022B.

 

230 VAC, 60 Hz, пределы EN55022B.

 

Статью перевел и дополнил менеджер по направлению Power Integrations.

Бандура Геннадий - Bandura (at) macrogroup.ru

Макро Групп.