DI-190参考设计 TOPSwitch-HX ® 超低空载功耗待机电源 应用 器件 输出功率 输入电压 输出电压 拓扑结构 PC待机／辅助电源 TOP256MN 20 W 100 – 375 VDC 5V 反激式 设计特色 空载和待机功耗的设计。 • 整个输入电压范围内的空载功耗都非常低（小于150 mW） 本设计为DC输入，整流/PFC升压级和EMI滤波由主转换器提供。 • 高效率 不过，也可以将本设计转换为AC输入，只需添加一个输入浪涌热 • 不同输入电压和负载下的效率均大于84% 敏电阻、保险丝、桥式整流器和共模扼流圈即可。考虑到任何其他 • 轻松满足CEC/能源之星2.0 损失的存在，所介绍的效率数据中包括了这些元件 — 1 A保险丝、 • 81%和EU CoC 5 Ω热敏电阻、10 mH共模扼流圈和1 A桥式整流器。C1的额定 • 达到83%的平均效率要求 电压选取为450 • 在0.25 A负载下效率为77% V，在385 V（标称）输出PFC级馈电时提供裕 量。 • 轻松满足能源之星5.0的2 W输入功率限值 • 在0.60 A负载下效率为81% 电阻R1和R2将标称欠压(UV)锁定和过压(OV)关断分别限制在 • 轻松满足能源之星5.0的4 W输入功率限值 103 VDC和450 VDC。电阻R4、R5和R10设定不同输入电压下的 • 集成的安全及可靠性能： 电流限流点。 • 精确的、自动恢复且具有迟滞特性的过热关断功能使PCB板 的温度在各种条件下均维持在安全范围内 为了优化各种负载下的效率，U1需要在四种模式之一下工作，从空 • 在输出短路及反馈环路开环时进入到自动重启动保护状态 载到满载这四种模式是：多周期调制、固定频率PWM (30 kHz)、 工作原理 变频PWM以及固定频率PWM (66 kHz)。在所有模式下，控制器均 图1所示的电源是一种通用输入的反激式电源，输出为20 W，采用 会在占空比和控制引脚电流之间保持线性关系，以实现各模式之 了TOP256MN器件。典型应用包括PC待机电源以及其他要求超低 间的无缝切换。对于极低的功耗水平，U1以多周期调制模式 (MCM)进行工作，以实现出色的负载效率以及空载和待机工作。 Y1 2.2 nF VR1 P6KE200A 1,2 11,12 D10 C6 C7 STPS30L 60CT 3300 MF 3300 MF 10 V 10 V L4 2.2 MH C4 4.7 nF 1 kV 3 R4 8.6 M7 R5 7.5 M7 100 - 375 VDC R1 2 M7 D5 FR106 C8 1000 MF 10 V 8,9 4 6 R2 2 M7 D6 BAV20 5 C1 47 MF 450 V T1 EEL25 D V CONTROL S 5 V, 4 A R25 91 7 C3 47 MF 50 V U2B PC817D TOPSwitch-HX U1 TOP256MN R15 2 k7 C U2A PC817D X R10 15.4 k7 1% C2 100 nF R17 10 k7 1% R16 22 k7 R6 6.8 7 C5 47 MF C9 100 nF 25 V C15 4.7 MF U3 TL431 R18 10 k7 1% PI-5175-021109 图 1. 通用输入、20 W输出的PC待机电源，使用TOP256MN器件设计 www.powerint.com February 2009 PI-5327-021109 87 电阻R16、R17和C9调整反馈环路的频率补偿。电阻R25为 86 增益限制电阻，用于控制环路的直流增益。100 VDC时的系统带 Efficiency (%) 宽为2 kHz，相位裕量45º。400 VDC时的系统带宽为3.6 kHz， 相位裕量60º。 设计要点 • 箝位电容C4与快速二极管D5（FR106，TRR = 500 ns）配合工 作，可重新利用部分漏感能量。从齐纳二极管箝位观察得到的效 率增益约为0.4%。该电容还可以将峰值漏极电压降低约20 V。 85 84 83 82 81 • 光耦器U2具有高CTR值，介于300%至600%之间。这样可减小 从次级拉出的电流量，而这些电流是用于在轻载、待机负载和 80 100 空载条件下使TOPSwitch-HX切换到变频、低频模式或MCM模 式的。 150 200 250 300 350 400 Input Voltage (VDC) • 本设计中的T1使电源能够在整个输入电压工作范围内以连续导通 图 3. 不同输入电压下测得的满载效率 模式运行。这有助于减小MOSFET RMS电流，从而提高效率。 • 变压器T1使用分为两层的初级绕组，它围绕偏置绕组和次级绕 变压器参数 组绕制而成。这样可降低漏感和初级绕组电容，并提高空载和 待机性能。 • 为了降低空载功耗，偏置绕组圈数经过特意选取，以使偏置电 磁芯材料 EEL25 NC-2H or equivalent, gapped for ALG of 265 nH/t² 骨架 EEL25, 12 pin Vertical 绕组详情 3 mm margins on both sides of bobbin to meet safety Primary-1: 47T × 1, 0.25 mm, tape Bias: 12T × 1, 0.45 mm, 3 layers, tape 5 V: 5T × 4, 0.45 mm, 3 layers, tape Primary-2: 47T × 1, 0.25 mm, tape 绕组顺序 Primary (4–3), Bias (6–5), 5 V (11,12–8,9), Primary (3–2) 初级电感量 2200 mH, ±10% 初级谐振频率 1600 kHz (minimum) 漏感 20 mH (maximum) 压在最差负载和输入电压条件下达到8 V。 • 可选设计点：使用TLV431 (U3)可降低最小阴极电流（从400 μA 调节到55 μA），并可省去R15。这样将额外省去10 mW的空载 功耗。 PI-5326-021109 150 Input Power (mW) 120 90 60 表 1. 变压器参数。（NC = 无连接） 30 0 85 115 145 175 205 235 265 Equivalent Input Voltage (VAC) 图 2. 空载功耗随输入电压的变化 Power Integrations 5245 Hellyer Avenue San Jose, CA 95138, USA. Main: +1 408-414-9200 Customer Service Phone: +1-408-414-9665 Fax: +1-408-414-9765 Email: [email protected] Power Integrations reserves the right to make changes to its products at any time to improve reliability or manufacturability. Power Integrations does not assume any liability arising from the use of any device or circuit described herein. POWER INTEGRATIONS MAKES NO WARRANTY HEREIN AND SPECIFICALLY DISCLAIMS ALL WARRANTIES INCLUDING, WITHOUT LIMITATION, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY, FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE, AND NON-INFRINGEMENT OF THIRD PARTY RIGHTS. The products and applications illustrated herein (transformer construction and circuits external to the products) may be covered by one or more U.S. and foreign patents or potentially by pending U.S. and foreign patent applications assigned to Power Integrations. A complete list of Power Integrations' patents may be found at www.powerint.com. Power Integrations grants its customers a license under certain patent rights as set forth at http://www.powerint.com/ip.htm. On the Web www.powerint.com The PI logo, TOPSwitch, TinySwitch, LinkSwitch, DPA-Switch, PeakSwitch, EcoSmart, Clampless, E-Shield, Filterfuse, StackFET, PI Expert and PI FACTS are trademarks of Power Integrations, Inc. Other trademarks are property of their respective companies. ©2009, Power Integrations, Inc. A 02/09 DI-190