有許多應(yīng)用需要在小型封裝中使用由交流電源供電的離線式開(kāi)關(guān)，或者必須占用系統(tǒng)主板上的小空間。這些功能包括用于家庭自動(dòng)化的“永遠(yuǎn)在線”智能電表，家用電器的能耗監(jiān)控器，以及具有高功率因數(shù)的照明應(yīng)用中的低成本離線LED驅(qū)動(dòng)器，以滿足國(guó)際總諧波失真（THD）要求， EMC和安全性。

更高的效率和輸出電流能力是設(shè)備制造商遷移到切換器的兩個(gè)更有說(shuō)服力的理由。這些優(yōu)勢(shì)將幫助OEM滿足降低功耗的法規(guī)要求，同時(shí)滿足更大電流的需求。然而，其他開(kāi)關(guān)器的優(yōu)勢(shì)，例如更小的尺寸，更寬的輸入電壓范圍和故障保護(hù)，也是值得注意的。

這種集成控制器的制造商，內(nèi)置高壓MOSFET，用于非隔離低功率AC/DC轉(zhuǎn)換應(yīng)用包括功率半導(dǎo)體制造商，如德州儀器，Power Integrations，STMicroelectronics，Fairchild Semiconductor和安森美半導(dǎo)體等。 TI最近為這些應(yīng)用推出了集成控制器UCC28880。它在單個(gè)芯片上集成了脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制器和700 V MOSFET以及高壓電流源，可直接從整流電源電壓?jiǎn)?dòng)和運(yùn)行（圖1）。此外，如圖1所示，它包括一個(gè)5 V穩(wěn)壓器和保護(hù)功能，如限流器，過(guò)溫保護(hù)，欠壓鎖定（UVLO）和輸出短路過(guò)載保護(hù)。隔離式切換器

盡管片上具有高功能集成，但高壓切換器消耗的功率非常小。該器件在低負(fù)載時(shí)的額定靜態(tài)電流約為100μA，能夠提供100 mA的輸出電流。更重要的是，7引腳SO封裝降低了系統(tǒng)尺寸和成本。根據(jù)供應(yīng)商的說(shuō)法，設(shè)計(jì)人員可以使用這個(gè)開(kāi)關(guān)來(lái)構(gòu)建各種轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，例如降壓，降壓 - 升壓和反激，外部數(shù)量最少圖1：TI的UCC28880在單芯片上集成了一個(gè)控制器和一個(gè)700 V功率MOSFET。它還集成了片上高壓電流源。

圖1：TI的UCC28880在單個(gè)芯片上集成了一個(gè)控制器和一個(gè)700 V功率MOSFET。它還集成了片上高壓電流源。為了快速方便地評(píng)估該切換器IC，TI創(chuàng)建了基于UCC28880（PMP8550）的參考設(shè)計(jì)。它采用高端降壓配置，提供非隔離式AC/DC解決方案;該設(shè)計(jì)在120 mA時(shí)產(chǎn)生13 VDC和12.8 VDC之間的穩(wěn)壓輸出，如圖2所示。由于參考設(shè)計(jì)采用歇斯底里模式，因此無(wú)需進(jìn)行環(huán)路補(bǔ)償，從而減少了材料清單（BOM）數(shù)量對(duì)于少數(shù)外部元件，如圖2所示。該電路的測(cè)量性能表明，160 VDC輸入的低負(fù)載到高負(fù)載變化的整體效率為70％及以上，輸入電壓為增加到320 VDC（圖3）。由于輸出電壓調(diào)節(jié)良好，根據(jù)TI構(gòu)建的參考設(shè)計(jì)原型的測(cè)試結(jié)果，在低負(fù)載到高負(fù)載下輸出在13 VDC和12.8 VDC之間變化。同樣，瞬態(tài)響應(yīng)和EMI干擾也獲得了滿意的結(jié)果。圖2：使用UCC28880的高端降壓配置的非隔離AC/DC解決方案。它在120 mA時(shí)產(chǎn)生13 VDC的正輸出電壓。

圖3：在寬輸出電流范圍內(nèi)測(cè)量圖2中非隔離式AC/DC開(kāi)關(guān)的效率性能。

低成本解決方案

同樣，Power Integrations通過(guò)其LinkSwitch-TN系列離線式開(kāi)關(guān)IC解決了低功耗非隔離式AC/DC要求。制造商聲稱(chēng)使用LinkSwitch-TN構(gòu)建的開(kāi)關(guān)電源將提供與線性和電容式降壓電源相當(dāng)?shù)南到y(tǒng)成本。供應(yīng)商表示，盡管成本有所降低，基于LinkSwitch-TN的AC/DC切換器的性能不會(huì)受到影響。

LinkSwitch-TN芯片采用降壓，降壓 - 升壓和反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可集成700 V電壓功率MOSFET具有所需的電源控制器功能。其中包括振蕩器，開(kāi)關(guān)控制電路，高壓開(kāi)關(guān)電流源，用于電磁干擾（EMI）降低的頻率抖動(dòng)，逐周期電流限制和熱關(guān)斷（圖4）。

圖4：LinkSwitch-TN成員LNK304/6的功能框圖。

該系列的主要成員包括LNK302和LNK304至306.這些芯片從輸入獲得啟動(dòng)和運(yùn)行功率漏極上的電壓，無(wú)需在降壓或反激式轉(zhuǎn)換器中使用單獨(dú)的偏置電源。對(duì)于非常低的系統(tǒng)成本，LNK302使用簡(jiǎn)化的控制器而無(wú)需自動(dòng)重啟。此外，這些器件推薦用于360 mA以下輸出電流范圍內(nèi)的非隔離電源。圖5顯示了12 VDC，120 mA非隔離切換器的典型實(shí)現(xiàn)，用于電飯煲和洗碗機(jī)等設(shè)備。根據(jù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)表，LNK304被選用于此應(yīng)用，因此它主要用于不連續(xù)模式（MDCM）。對(duì)于MDCM操作，具有大約75ns的反向恢復(fù)時(shí)間（trr）的二極管D1是可接受的。對(duì)于連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）操作，產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊(cè)推薦使用trr 《35 ns的二極管。

圖5：基于LNK304的非隔離AC/DC具有通用輸入和12 VDC輸出，120 mA輸出電流的切換器。除了這些部件的應(yīng)用說(shuō)明AN37之外，1PowerIntegrations還準(zhǔn)備了參考設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)實(shí)例，以簡(jiǎn)化LinkSwitch-TN產(chǎn)品在這些應(yīng)用中的使用。例如，設(shè)計(jì)實(shí)例DER-386描述了使用LNK306DG的9 W高效功率因數(shù)校正非隔離降壓LED驅(qū)動(dòng)器。完整的原理圖提供了PCB布局，測(cè)量的性能結(jié)果在本文檔中有所描述。

低功耗離線非隔離式切換器磨損的其他供應(yīng)商包括STMicroelectronics，F(xiàn)airchild Semiconductor和安森美半導(dǎo)體。例如，ST提供一個(gè)演示板（圖6），命名為STEVAL-ISA035V1，使用低功率開(kāi)關(guān)IC VIPer12A-E或VIPer22A-E，后者設(shè)計(jì)用于350 mA時(shí)為12 VDC，350 mA時(shí)為16 VDC 。

圖6：ST的評(píng)估板STEVAL-ISA035V使用引腳兼容的開(kāi)關(guān)IC VIPer12A-E或VIPer22A-E。

總之，有許多應(yīng)用緊湊型封裝需要低成本的低功耗非隔離式AC/DC切換器。本文解釋說(shuō)，有幾家供應(yīng)商為這個(gè)領(lǐng)域提供服務(wù)，并討論了他們提供的一些IC。除了擴(kuò)展其產(chǎn)品組合外，這些供應(yīng)商還在不增加成本或降低性能的情況下添加新的花哨功能。