用于非隔离低功率AC/DC转换应用的集成控制器介绍

有许多应用需要在小型封装中使用由交流电源供电的离线式开关，或者必须占用系统主板上的小空间。这些功能包括用于家庭自动化的“永远在线”智能电表，家用电器的能耗监控器，以及具有高功率因数的照明应用中的低成本离线LED驱动器，以满足国际总谐波失真（THD）要求， EMC和安全性。

更高的效率和输出电流能力是设备制造商迁移到切换器的两个更有说服力的理由。这些优势将帮助OEM满足降低功耗的法规要求，同时满足更大电流的需求。然而，其他开关器的优势，例如更小的尺寸，更宽的输入电压范围和故障保护，也是值得注意的。

这种集成控制器的制造商，内置高压MOSFET，用于非隔离低功率AC/DC转换应用包括功率半导体制造商，如德州仪器，Power Integrations，STMicroelectronics，Fairchild Semiconductor和安森美半导体等。 TI最近为这些应用推出了集成控制器UCC28880。它在单个芯片上集成了脉冲宽度调制（PWM）控制器和700 V MOSFET以及高压电流源，可直接从整流电源电压启动和运行（图1）。此外，如图1所示，它包括一个5 V稳压器和保护功能，如限流器，过温保护，欠压锁定（UVLO）和输出短路过载保护。隔离式切换器

尽管片上具有高功能集成，但高压切换器消耗的功率非常小。该器件在低负载时的额定静态电流约为100μA，能够提供100 mA的输出电流。更重要的是，7引脚SO封装降低了系统尺寸和成本。根据供应商的说法，设计人员可以使用这个开关来构建各种转换器拓扑结构，例如降压，降压 - 升压和反激，外部数量最少图1：TI的UCC28880在单芯片上集成了一个控制器和一个700 V功率MOSFET。它还集成了片上高压电流源。

图1：TI的UCC28880在单个芯片上集成了一个控制器和一个700 V功率MOSFET。它还集成了片上高压电流源。为了快速方便地评估该切换器IC，TI创建了基于UCC28880（PMP8550）的参考设计。它采用高端降压配置，提供非隔离式AC/DC解决方案;该设计在120 mA时产生13 VDC和12.8 VDC之间的稳压输出，如图2所示。由于参考设计采用歇斯底里模式，因此无需进行环路补偿，从而减少了材料清单（BOM）数量对于少数外部元件，如图2所示。该电路的测量性能表明，160 VDC输入的低负载到高负载变化的整体效率为70％及以上，输入电压为增加到320 VDC（图3）。由于输出电压调节良好，根据TI构建的参考设计原型的测试结果，在低负载到高负载下输出在13 VDC和12.8 VDC之间变化。同样，瞬态响应和EMI干扰也获得了满意的结果。图2：使用UCC28880的高端降压配置的非隔离AC/DC解决方案。它在120 mA时产生13 VDC的正输出电压。

图3：在宽输出电流范围内测量图2中非隔离式AC/DC开关的效率性能。

低成本解决方案

同样，Power Integrations通过其LinkSwitch-TN系列离线式开关IC解决了低功耗非隔离式AC/DC要求。制造商声称使用LinkSwitch-TN构建的开关电源将提供与线性和电容式降压电源相当的系统成本。供应商表示，尽管成本有所降低，基于LinkSwitch-TN的AC/DC切换器的性能不会受到影响。

LinkSwitch-TN芯片采用降压，降压 - 升压和反激式拓扑结构，可集成700 V电压功率MOSFET具有所需的电源控制器功能。其中包括振荡器，开关控制电路，高压开关电流源，用于电磁干扰（EMI）降低的频率抖动，逐周期电流限制和热关断（图4）。

图4：LinkSwitch-TN成员LNK304/6的功能框图。

该系列的主要成员包括LNK302和LNK304至306.这些芯片从输入获得启动和运行功率漏极上的电压，无需在降压或反激式转换器中使用单独的偏置电源。对于非常低的系统成本，LNK302使用简化的控制器而无需自动重启。此外，这些器件推荐用于360 mA以下输出电流范围内的非隔离电源。图5显示了12 VDC，120 mA非隔离切换器的典型实现，用于电饭煲和洗碗机等设备。根据产品数据表，LNK304被选用于此应用，因此它主要用于不连续模式（MDCM）。对于MDCM操作，具有大约75ns的反向恢复时间（trr）的二极管D1是可接受的。对于连续导通模式（CCM）操作，产品数据手册推荐使用trr 《35 ns的二极管。

图5：基于LNK304的非隔离AC/DC具有通用输入和12 VDC输出，120 mA输出电流的切换器。除了这些部件的应用说明AN37之外，¹PowerIntegrations还准备了参考设计和设计实例，以简化LinkSwitch-TN产品在这些应用中的使用。例如，设计实例DER-386描述了使用LNK306DG的9 W高效功率因数校正非隔离降压LED驱动器。完整的原理图提供了PCB布局，测量的性能结果在本文档中有所描述。

低功耗离线非隔离式切换器磨损的其他供应商包括STMicroelectronics，Fairchild Semiconductor和安森美半导体。例如，ST提供一个演示板（图6），命名为STEVAL-ISA035V1，使用低功率开关IC VIPer12A-E或VIPer22A-E，后者设计用于350 mA时为12 VDC，350 mA时为16 VDC 。

图6：ST的评估板STEVAL-ISA035V使用引脚兼容的开关IC VIPer12A-E或VIPer22A-E。

总之，有许多应用紧凑型封装需要低成本的低功耗非隔离式AC/DC切换器。本文解释说，有几家供应商为这个领域提供服务，并讨论了他们提供的一些IC。除了扩展其产品组合外，这些供应商还在不增加成本或降低性能的情况下添加新的花哨功能。