摘要：在某些家用电器的控制电源以及智能化电能表、住宅供热控制器中，允许使用非隔离电源。介绍了一种LinkSwitch－TN系列单片开关电源，可取代传统的阻容降压式线性电源，为实现高效节能型小功率开关电源的优化设计创造了有利条件。
关键词：节能；单片开关电源；Buck电路；BuckBoost电路；设计
0 引言
某些电子设备和家用电器并不需要使用输入与输出完全隔离的开关电源。例如，直流电机的驱动电源，空调、无霜冰箱和微波炉中的稳压电源，它们本身就属于隔离系统，因此可由非隔离式开关电源供电，但要求这种开关电源的电路简单、电源效率高。
PI公司于2004年1月最新推出LinkSwitch—TN系列四端非隔离式、节能型单片开关电源专用IC，它是专门为取代家用电器及工业领域所用小功率线性电源而设计的，不仅能去掉笨重的电源变压器，还克服了阻容降压式线性电源负载特性差的缺陷。LinkSwitch—TN系列包含LNK304P／G、LNK305P／G、LNK306P／G共6种型号，最大输出电流为360mA，适用于家用电器中的控制电源以及LED驱动器。
1 LinkSwitch—TN系列单片开关电源的性能特点
1）LinkSwitch—TN系列产品能以最少数量的外围元器件，构成非隔离式、节能型开关电源。与传统的“无源（靠电容降压）”解决方案相比，LinkSwitch－TN采用了EcoSmartR节能技术，不仅能达到比电容降压式线性稳压电源更高的效率，而且可提高功率因数。
2）使用灵活，既可设计成正压输出的降压式（Buck）电路，亦可设计成负压输出的降压或升压式（Buck-Boost）电路、降压式LED恒流驱动电路，能满足不同用户的需要。
3）输入电压范围宽，在交流85～265V范围内具有良好的电压调整率和负载调整率。有两种工作模式可供选择，即连续模式（CCM），不连续模式（DCM），多数情况下选择不连续模式。
4）抗干扰能力强，低功耗。LinkSwitch—TN的开关频率为66kHz，频率抖动范围是4kHz。利用频率抖动技术能将电磁干扰降低10dB，还能减小EMI滤波器的功耗。功率MOSFET能快速导通，并且无过冲现象。当电源空载且输入电压为230V时，采用自供电降压电路的功耗仅为80mW；采用外部偏置电路时的功耗低至12mW。
5）保护功能完善。芯片内部有短路后自动重启动的保护电路、开环故障检测及保护电路、限流保护电路和具有滞后特性的过热保护电路。
在交流固定输入230（1±15％）V或交流宽范围输入（亦称通用输入）时，LinkSwitch—TN的最大输出电流值见表1。
表1 LinkSwicth—TN系列产品的最大输出电流值 mA 产品型号 230（1±15％）V输入 85～265V输入 不连续模式 连续模式 不连续模式 连续模式 LNK304P/G 120 170 120 170 LNK305P/G 175 280 175 280 LNK306P/G 225 360 225 360
2 LinkSwitch—TN系列单片开关电源的接线方式
2.1 LinkSwitch—TN的7种电路接线方式
LinkSwitch—TN的7种接线方式分别如图1（a）～（g）所示。用户可根据需要选其中一种电路。
（a）正端降压式直接反馈电路
（b）正端降压式光耦反馈电路
（c）负端降压式光耦反馈电路
（d）负端降压式LED恒流驱动电路
（e）正端升压／降压式直接反馈电路
（f）正端升压／降压式LED恒流驱动电路
（g）负端升压／降压式光耦反馈电路
图1 LinkSwitch—TN的7种接线方式
2.1.1 正端降压式直接反馈电路
正端降压式直接反馈电路见图1（a）。其主要特点如下：
——输出取决于输入（下同，不再赘述）；
——正压输出；
——UO<UI；
——电路简单，成本低；
——UO的精确度约为±10％。
2.1.2 正端降压式光耦反馈电路
正端降压式光耦反馈电路见图1（b）。其主要特点如下：
——正压输出；
——UO<UI；
——采用光耦反馈电路，由外部基准电压决定UO的精确度，输出端不需要接负载电阻，空载时的功耗最低。
2.1.3 负端降压式光耦反馈电路
负端降压式光耦反馈电路见图1（c）。其主要特点如下：
——正压输出；
——UO<UI；
——采用光耦反馈电路，由外部基准电压决定UO的精确度，输出端不需要接负载电阻。
2.1.4 负端降压式LED恒流驱动电路
负端降压式LED恒流驱动电路见图1（d）。它适合驱动LED，其他特点与2.1.3相同。
2.1.5 正端升压／降压式直接反馈电路
正端升压／降压式直接反馈电路见图1（e）。其主要特点如下：
——负压输出；
——升压或降压式输出，做升压式输出时，|UO|>UI；做降压式输出时，|UO|<UI；
——电路简单，成本低，UO的精确度约为±10％；
——即使功率MOSFET失效，输入端电压也不会加到输出端上而损坏负载。
2.1.6 正端升压／降压式LED恒流驱动电路
正端升压／降压式LED恒流驱动电路见图1（f）。该电路适合驱动LED，它比图1（d）所示电路恒流驱动的精确度更高，受环境温度的影响更小。其他特点与2.1.5相同。
2.1.7 负端升压／降压式光耦反馈电路
负端升压／降压式光耦反馈电路见图1（g）。其主要特点如下：
——负压输出；
——升压或降压式输出，做升压式输出时，|UO|>UI；做降压式输出时，|UO|<UI；
——采用光耦反馈电路，由外部基准电压决定UO的精确度，输出端不需要接负载电阻；
——即使功率MOSFET失效，输入端电压也不会加到输出端上；
——空载时的功耗最低。
2.2 基本电路结构
由LinkSwitch—TN系列构成非隔离式电源时有两种基本电路结构，即Buck（降压式）变换器，Buck-Boost（降压或升压式）变换器，分别如图2（a）及图2（b）所示。RF为熔断电阻器，VDIN1及VDIN2为输入级整流管。VDFW为超快恢复二极管。CIN1及CIN2为输入级滤波电容，LIN为输入级电感。CBP为旁路电容，RBAIS为偏置电阻。RFB，CFBB和VDFB分别为反馈电阻、反馈电容和反馈二极管。L为输出级电感，RPL为负载电阻。图2（a）及图2（b）所示电路的主要区别是VDFW及L的接线位置不同。Buck变换器是将VDFW并联在源极与输入电压的负端之间，L串联在源极与输出电压的正端之间。Buck-Boost变换器则与之相反。对于给定的LinkSwitch—TN芯片和电感值，选择Buck拓扑不仅可获得最大输出功率，还能降低LinkSwitch—TN芯片所承受的电压，减小通过滤波电感的平均电流。
（a）Buck变换器
