深圳市钲铭科电子有限公司 GOSTON ELECTRONICS CO.,LTD 7W负边电源控制器 LNK 301D v1.3 LNK301D 功能描述 LNK301D 芯片是专用小功率开关电源控制芯片，广泛用于电源适配器、LED电源、电磁炉、空 调、DVD等小家电产品。 一、产品特点 • 采用双芯片设计，高压开关管采用双极型晶体管设计，以降低产品成本；控制电路采 用大规模MOS数字电路设计,并采用E极驱动方式驱动双极型晶体芯片,以提高高压开关 管的安全耐压值。内建自供电电路，不需要外部给芯片提供电源，有效的降低外部元 件的数量及成本。 • 芯片内集成了高压恒流启动电路，无需外部加启动电阻。 • 内置过流保护电路，防过载保护电路，输出短路保护电路，温度保护电路及光藕失效 保护电路。 • 内置斜坡补偿电路，保证在低电压及大功率输出时的电路稳定。 • 内置PWM 振荡电路，并设有抖频功能，保证了良好的EMC 特性。 • 内置变频功能，待机时自动降低工作频率，在满足欧洲绿色能源标准（ < 0.3W ）同 时，降低了输出电压的纹波。 • 内置高压保护，当输入母线电压高于保护电压时，芯片将自动关闭并进行延时重启。 • 内建斜坡电流驱动电路，降低了芯片的功耗并提高了电路的效率。 • 4KV 防静电ESD 测试。 业务电话：400-033-6518 www.linkage66.com -1- [email protected] 深圳市钲铭科电子有限公司 7W负边电源控制器 LNK 301D GOSTON ELECTRONICS CO.,LTD v1.3 二、功率范围 输入电压 (85 ∼ 264V ac) (85 ∼ 145V ac) (180 ∼ 264V ac) 最大输出功率 6W 8W 8W 三、封装与引脚定义 LNK301D 引脚 符号 功能描述 1 Gnd 接地引脚。 2 Gnd 接地引脚。 3 Fb 反馈控制端。 4 Vcc 供电引脚。 5678 Collector 输出引脚，连接芯片内高压开关管Collector 端，与开关变压器相连。 四、内部电路框图 业务电话：400-033-6518 www.linkage66.com -2- [email protected] 深圳市钲铭科电子有限公司 7W负边电源控制器 LNK 301D GOSTON ELECTRONICS CO.,LTD v1.3 五、极限参数 供电电压Vcc ........................................... -0.3V--9V 供电电流Vcc ........................................... 60mA 引脚电压 ........................................... -0.3V--Vcc+0.3V 开关管耐压 ........................................... -0.3V--780V 峰值电流 ........................................... 400mA 总耗散功率 ........................................... 1000mW 工作温度 ........................................... 0℃--125℃ 储存温度 ........................................... -55℃--+150℃ 焊接温度 ........................................... +280℃/5S 六、电气参数 项目 测试条件 最小 典型 最大 单位 电源电压Vcc AC 输入85V-----265V 4 5 6 V 启动电压 AC 输入85V-----265V 4.8 5 5.2 V 关闭电压 AC 输入85V-----265V 3.6 4 4.2 V 电源电流 Vcc=5V，Fb=2.2V 10 20 30 mA 启动时间 AC 输入85V --- --- 500 mS Collector 保护电压 L=2.4mH 460 480 500 V 开关管耐压 Ioc=1mA 700 --- --- V 开关管电流 Vcc=5V，Fb=1.6 V ----3.6V 320 360 400 mA 峰值电流保护 Vcc=5V，Fb=1.6 V ----3.6V 380 400 420 mA 振荡频率 Vcc=5V，Fb=1.6 V ----2.8V 60 65 70 KHz 变频频率 Vcc=4.6V，Fb=2.8V ----3.6V 0.5 -- 65 KHz 抖频步进频率 Vcc=4.6V，Fb=1.6 V ----2.8V 0.8 1 1.2 KHz 温度保护 Vcc=4.6V，Fb=1.6 V ----3.6V 120 125 130 ℃ 占空比 Vcc=4.6V，Fb=1.6 V----3.6V 5 --- 70 % 控制电压Fb AC 输入85V-----265V 1.5 --- 3.6 V 业务电话：400-033-6518 www.linkage66.com -3- [email protected] 深圳市钲铭科电子有限公司 7W负边电源控制器 LNK 301D GOSTON ELECTRONICS CO.,LTD v1.3 七、工作原理 • 上电启动：当外部电源上电时，直流高压经开关变压器传至芯片的COLLECTOR端（5678 引脚），后经内建高压恒流启动电路将启动电流送至开关管Q1 的B极，通过开关管Q1 的电流放大（约为20 倍放大）进入电源管理电路经D1为Vcc 外部电容C1 充电，同时 为Fb 预提供一个3.6V 电压（Fb 引脚对地应接入一只滤波电容），当Vcc 的电压逐步 上升至5V 时，振荡器起振，电路开始工作，控制器为Fb 开启一个约为25uA 的对地电 流源，电路进入正常工作。 上电原理图 上电时序图 • 正常工作：电路完成启动后，振荡器开始工作，触发器的Q1，Q2 输出高电平，高压 晶体管与功率MOS 管同时导通，开关电流经晶体管与功率MOS管接到40Ω电流取样电 阻，并在电阻上产生与电流成正比的电压，（由于开关变压器分布电容的存在，在电 路开通的瞬间有一个高的尖峰电流，为了不引起电路的误动作，在电路开通时启动 一个前沿消隐电路将尖峰电流去除，消隐时间为250nS），控制端Fb 电压经斜坡补 偿后与取样电阻上的电压相加后与0.6V 的基准电压相比较，当电压高于基准电压时 比较器输出低电平，触发器的Q1，Q2 输出低电平，高压晶体管与功率MOS 管同时关 断，COLLECTOR 端电压上升，电路进入反激工作，在下一个振荡周期到时，电路将重 新开始导通工作。 业务电话：400-033-6518 www.linkage66.com -4- [email protected] 深圳市钲铭科电子有限公司 GOSTON ELECTRONICS CO.,LTD 7W负边电源控制器 LNK 301D v1.3 工作时序图 电路在t1 时间Vcc 电压上升到5V，电路开启工作，Q2 输出PWM 信号，t2∼t3 时间Vcc 电压高于6V，电路停止输出，Q2 输出低电平，t3∼t4 时间Vcc电压回到范围之内，电 路正常工作，t4∼t5 时间Vcc 电压低于4V，电路停止输出，Q2 输出低电平，t6 时间 Fb 电压低于1.6V，开路开启一个24mS 的定时器，PWM 以最大占空输出，直到t7 时间 Fb 电压还未能高于1.5V，电路开始重新启动，t9 时间Vcc 电压上升到5V，电路重新 开启工作，t10 时间Fb 电压高于3.6V，电路停止输出。 • 控制引脚Fb：Fb 引脚外部应当连接一只电容，以平滑Fb 电压，外接电容会影响到电 路的反馈瞬态特性及电路的稳定工作，典型应用可在10nF∼100nF 之间选择；当Fb 电 压高于1.5V 而小于2.8V 时，电路将以65KHz 的频率工作，当Fb 电压高于2.8V 而小 于3.6V 时，电路将随着Fb 的电压升高而降低频率，当Fb 电压高于3.6V 时，电路将 停止振荡，当Fb 电压小于1.5V 时，电路将启动一个48mS 的延时电路，如在此期间Fb 电压回复到1.5V 以上，电路将继续正常工作，否则，芯片将进行重新启动，此电路完 成了光藕失效的保护。 业务电话：400-033-6518 www.linkage66.com -5- [email protected] 深圳市钲铭科电子有限公司 GOSTON ELECTRONICS CO.,LTD 7W负边电源控制器 LNK 301D v1.3 Is 与Fb 时序图 Fb 与工作频率（PWM）时序图 • 自供电电路：（已申请国家专利）芯片内建自供电电路，将电路的电源电压控制在5V 左右，以提供芯片本身的电流消耗，自供电电路只能提供自身的电流消耗，不能为外 部电路提供能量。 • 斜坡电流驱动：为了降低芯片的耗能及提高电路的效率，内部为高压晶体管的B极提供 的基极电流采用了斜坡电流驱动技术，当开关电流Is 为0 时，基极电流约为20mA，随 着开关电流的逐步增大，基极电流也逐步增大，当开关电流为300mA 时，基极电流为 50mA。 业务电话：400-033-6518 www.linkage66.com -6- [email protected] 深圳市钲铭科电子有限公司 GOSTON ELECTRONICS CO.,LTD 7W负边电源控制器 LNK 301D v1.3 Ib 与Is 时序图 • 抖频电路：为了能满足EMC 的要求，芯片内设有一个抖频电路，PWM 的频率将以65KHz 的频率为中心，以1KHz 的步进在8 个频率点上运行，这样有效的降低了EMC 的设计的 复杂度及费用。 • 热保护：芯片的温度达到125℃时，芯片将进行重新启动，直至芯片的温度降低到 120℃以下，芯片才会重新进入正常工作状态。 • 峰值电流保护：因外部的某种异常引起的电流过大时，当电流达到400 mA 时，芯片将 进行重新启动。 • 电源异常：因外部的某种异常引起的电源电压高于6V 时，或电源电压低于4V时，芯片 将进行重新启动。 • 超压保护：芯片在完成启动后，芯片内部设定了一个电流的上升斜率检测电路，当外 部的电压超高或者开关变压器的失效，都会引起电流的斜率变化，保护电路将会对电 路进行重新启动，这样保证了高压晶体管的安全，同时对低频的浪涌电压进行了有效 的保护。 业务电话：400-033-6518 www.linkage66.com -7- [email protected] 深圳市钲铭科电子有限公司 GOSTON ELECTRONICS CO.,LTD 7W负边电源控制器 LNK 301D v1.3 斜率检测时序图 根据电感电流公式I = U /L ∗ ∆t 可知，在电感不变时，在一个固定的时间上检测电流 可计算出电压，芯片利用该原理在350nS 时检测Is 电流，当Is 电流小于0.08V 时， 电路正常工作，当Is 电流大于0.08V 时，芯片进入异常保护；同理，当外部的电感器 的电感量变小，也会让芯片进入异常保护；这样即可以保护母线电压过高引起的开关 管的击穿，也可以保护因外部变压器的饱和或者短路引起的电感量下降导致Is 电流过 大，引起芯片的损坏。 直流母线保护电压与变压器电感量的关系图 业务电话：400-033-6518 www.linkage66.com -8- [email protected] 深圳市钲铭科电子有限公司 GOSTON ELECTRONICS CO.,LTD 7W负边电源控制器 LNK 301D v1.3 八、芯片测试 8．1、耐压测试 LNK301D 8．2、电性能测试 LNK301D 业务电话：400-033-6518 www.linkage66.com -9- [email protected] 深圳市钲铭科电子有限公司 7W负边电源控制器 LNK 301D GOSTON ELECTRONICS CO.,LTD v1.3 九、典型应用一（12V/0.5A 输出离线反激式开关电源） LNK301D 9．1 元器件清单 序号 元件名称 规格/型号 位号 数量 1 保险丝 F1A/AC250V F1 1 2 安规X 电容 104/AC275V C1 1 3 二极管 IN4007 D1∼D4 4 4 HER107 D5 1 5 SR1100 D6 1 6 稳压二极管 11V/0.5W ZD1 1 7 电解电容 15UF/400V C2 1 8 22UF/16V C4 1 9 1000UF/25V C6 1 103/250V C3 1 103/25V C5 1 LNK301D IC1 1 PC817 IC2 1 100K/0.25W R1 1 15 3K/0.25W R2 1 16 470R/0.25W R3 1 EE16 T1 1 10 瓷片电容 11 12 IC 13 14 17 色环电阻器 变压器 业务电话：400-033-6518 备注 www.linkage66.com - 10 - [email protected] 深圳市钲铭科电子有限公司 GOSTON ELECTRONICS CO.,LTD 7W负边电源控制器 LNK 301D v1.3 9．2 变压器设计（只作参考） 9．2．1 参数确定： 变压器设计时，需要先确定一些参数，（1）输入电压范围，（2）输出电压、及电流， （3）开关频率，（4）最大占空比； （1）输入电压范围 AC85∼265V （2）输出电压、电流 DC12V/0.5A （3）开关频率 F=65KHz （4）最大占空比 D=0.5 9．2．2 磁心的选择： 先计算出电源的输入功率P = P out/η(η指开关电源的效率，设为0.8)， P out = V out ∗ Iout = 12V ∗ 0.5A = 6W ，P = 6/0.8 = 7.5W 。我们可以通过磁心的制造商 提供的图表进行选择，也可通过计算方式选择，我们查图表方式选择7.5W 电源可用EE16 或 者EE19 磁心，我们选择EE16 磁心进行下一步的计算。 9．2．3 计算原边电压Vs 输入电压为AC80∼265V，计算最低电压下的最大功率，最低电压为80V V s = 80 ∗ 1.3 = 100V （考虑了线路压降及整流压降） 9．2．4 计算导通时间 T on = 1/F ∗ D = 1/65 ∗ 0.5 = 7.7uS; 9．2．5 计算原边匝数Np VN p = V sT on ∆Bac·Ae Np ――――原边匝数 Vs ――――原边直流电压（最低电压值） Ton ――――导通时间 ∆Bac Ae ――――交变工作磁密（mT），设为0.2 ――――磁心有效面积(mm2 )EE16 磁心为20mm2 N p = (100 ∗ 7.7)/(0.2 ∗ 20)≈192 9．2．6 计算副边匝数Ns Ns ――――副边匝数 Np ――――原边匝数 Vout ――――输出电压（包含线路压降及整流管压降，12V+1V=13V） Vor ――――反激电压（设置该电压不高于150V，以免造成芯片过压损坏,本设计中 Ns=（13*192）/100=25 匝 业务电话：400-033-6518 设为100V） www.linkage66.com - 11 - [email protected] 深圳市钲铭科电子有限公司 GOSTON ELECTRONICS CO.,LTD 7W负边电源控制器 LNK 301D v1.3 9．2．7 计算原边电感量Lp Lp = (V s ∗ T on)/Ip Lp ――――原边电感量 Ip ――――原边峰值电流（芯片设定最大峰值电流720mA） Lp=（100*7.7）/320=≈2.4（mH） 9．2．8 变压器的设计验证 变压器的设计时最大磁感应强度不能大于0.4T，（铁氧体的饱和磁感应强度一般为0.4T 左 右），由于单端反激电路工作在B-H 的第一象限，磁心又存在剩磁Br 约为0.1T，所以最大 的工作磁通Bmax 最大只有i0.4 − 0.1 = 0.3T Bmax = (Ip ∗ Lp)/(N p ∗ Ae) Bmax = (400 ∗ 2.4)/(192 ∗ 20) = 0.25 Bmax < 0.3 证明设计合理 9．2．9 变压器的漏感 由于变压器不是理想器件，在制造过程中一定会存在漏感，漏感会影响到产品的稳定及安 全，所以要减小，漏电感应控制在电感量的5%以内，三明治绕线方式可以减小漏感。 十、设计注意事项 10．1、功率器件是需要散热的，芯片的主要热量来自功率开关管，功率开关管与引脚5678 相连接，所以在PCB布线时，应该将引脚5678外接的铜箔的面积加大并作镀锡处理，以增大 散热能力。 10．2、芯片的5678引脚是芯片的高压部份，最高电压可达600V以上，所以在线路布置上要 与低压部份保证1.5mm以上的安全距离，以免电路出现击穿放电现象。 十一、封装尺寸 业务电话：400-033-6518 www.linkage66.com - 12 - [email protected] 深圳市钲铭科电子有限公司 GOSTON ELECTRONICS CO.,LTD 7W负边电源控制器 LNK 301D v1.3 十二、包装信息 12．1、芯片采用防静电管包装 代 最小值 额定值 最大值 号 (mm) (mm) (mm) A 11 11.5 12 B 11.5 12 12.5 C 10 10.5 11 D 0.4 0.5 0.6 E 3.5 4 4.5 F 5 5.5 6 12.2、包装数量 包装 数量 单管 50 单包装箱 2000 大包装箱 20000 业务电话：400-033-6518 www.linkage66.com - 13 - [email protected]