DI-141参考设计LinkSwitch-XT

DI-141参考设计
LinkSwitch-XT
®
0.75 W防篡改电表电源
应用
器件
输出功率
输入电压
输出电压
拓扑结构
电表
LNK363DN
0.75 W
85-265 VAC
5V
反激式
设计特色
D1到D4的二极管用于对AC输入进行整流。电容C1和C2对整流的
•
成本低、元件数量少
DC进行滤波。电感L1、C1和C2组成一个pi型滤波器,对差模传
•
采用铁粉芯材料,增强了防篡改保护功能
导EMI进行衰减。通过开/关控制,U1可跳过开关周期,并可根据
在外部磁场的干扰下仍可保持正常工作
馈入到其FB引脚的电流对输出电压进行调节。当流入此引脚的电
•
•
工作磁通密度低(400高斯),降低了磁芯损耗(<40 mW)
流超过49 μA时,将产生一个低逻辑电平(禁止)。在每个周期开
•
高效率(满载条件下高达58 %)
始时,都会对FB引脚状态进行采样;如果为高电平,功率MOSFET
•
•
•
会在那个周期导通(启用),否则功率MOSFET将仍处于关闭状
10 VA)
态(禁止)。
充分延长维持时间
维持时间的电能储存在输入电容中
•
•
高效利用输入端的可用功率(IEC10362标准的限制为2 W、
齐纳二极管参考VR1 (3.9 V)及U2 (1.1 V) LED上的电压总和决定了
无需大容量输出电容或第二个较高的输出电压
输出电压。电阻R3为VR1提供偏置恒流,以使VR1在测试电流下
符合EN55022B传导EMI限制,EMI裕量>6 dBmV
工作。
工作原理
图1所示的电路设计利用LNK363DN生成5 V、150 mA的隔离输出。
篡改开关电源电能表的一个常用方法,就是用强外部磁场进行
这里所设计的变压器具有足够的电感量,能使电源提供所需的
干扰。该磁场会耦合到变压器的磁芯并使磁芯达到饱和。如果换
功率。即使有人利用较强的外部磁场使磁芯达到饱和以企图篡改
作其它解决方案,在出现上述情况时,MOSFET将会因为过流而
电能表时,电源也不会受其影响。
出现破坏性故障。而采用Power Integrations的器件后,快速限流
C6
1 nF
250 VAC
5 V, 150 mA
T1
D1
1N4007
J1-1
R1
75 k
0.5 W
RF1
8.2
R2
91
1/8 W
C1
4.7 F
400V
2.5 W
85-265
VAC
J2-1
C5
1 nF
1 kV
D3
1N4007
D2
1N4007
D
D4
1N4007
L1
1 mH
VR1
BZX79B3V9
3.9 V, 2%
LinkSwitch-XT
U1
FB LNK363DN
BP
S
RTN
E75-8
D6
1N4007GP
C2
4.7 F
400V
C3
470 F
10V
D5
1N5818
C4
100 nF
50V
U2
PC817A
R3
100
1/8 W
PI-4665-052307
图 1. 使用铁粉芯增强抗外部磁场干扰能力的5 V、150 mA电源的电路设计
www.powerint.com
August 2007
而使电能表停止工作。围绕这一难题,一些解决方案应运而生。
500
空心变压器便是其中的一个解决方案,它永远不会饱和,但却需
400
料做的盒子中,使磁通远离变压器磁芯,防止饱和,则可使用标
准的铁氧体变压器。这无疑增加了成本和复杂程度,因为每种新
设计都需要自定义各自的屏蔽性。
Current (mA)
要大量的绕线圈数。结果带来高铜芯损耗和漏感,这样会极大地
降低效率(约为20%)。如果变压器的外壳放在一个用磁屏蔽材
300
200
100
0
本设计通过使用带有分布气隙的高磁阻铁粉芯材料代替铁氧体磁
芯来解决上述问题。这种磁芯具有较低的相对磁导率(μ,介于
10到35之间)。与铁氧体(磁通密度4000高斯,0.4 T)相比,
铁粉芯具有更高的饱和磁通密度(15,000高斯,1.5 T),饱和特
PI 4666 041907
600
元件将对内部MOSFET提供保护,但输出端电压将失去稳定,从
-100
-200
0
性更弱。
使用强电磁体和稀土永磁进行了磁敏感性测试。将磁铁的一极直
2 .5
5.0
Time (µs)
图 2. 外加磁场影响下的漏极电流表面磁心没有饱和。(刻度 — 100 mA/div)
接放于磁芯的顶端,未发现磁芯饱和(漏极电流如图2所示)。
变压器参数
设计要点
•
磁芯材料
E75-8 powdered iron material with AL of
33.5 nH/t2, Manufacturer – Micrometals
骨架
US LAM EI187, 9 pin
由于磁芯的磁阻较高,因此绕线圈数较多。但这也有一定的
绕组详情
Primary: 132T, 36 AWG, 2 layers, 3 layers of tape
Secondary: 9T, 25 AWG TIW, 1 layer
好处,即工作磁通密度非常低(400高斯),使得磁芯饱和有
绕组顺序
Primary (2-4), Secondary (5,6-8,9)
初级电感量
600 mH, ±10%
数据手册中规定的最大电流。
谐振频率
900 kHz (minimum)
要降低磁芯损耗,应将可工作的AC磁通摆幅限制在300高斯或
漏感
80 mH (maximum)
使用PI Xls设计变压器。要设计饱和的变压器,需要输入60%的
变压器公差。在饱和或接近饱和时,初级侧电感下降以及高公
差数字可确保有足够的电感值维持功率输出。
•
非常高的裕量。
•
•
确保在饱和状态下,峰值漏极电流在满载和最大输入电压低于
更少。这意味着峰值磁通密度应保持在600高斯以下。
表 1. 变压器参数
(AWG =美国线规,TIW =三层绝缘线,NC =无连接)
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DI-141