既要-也要-还要LinkSwitch™ 效率高达90%的轻量化电源！

1概述

虽然都知道熊与熊掌不可兼得，但是每每还希望既要-也要-还要，这样的好事会不会有呢？Power Integrations给了攻城狮们这么一个选择，新推出的LinkSwitch™-XT2SR系列离线、恒压(CV)、具有同步整流（SR）功能的非隔离反激式开关IC，就知足既要元件少、体积小，也要安全可靠性能好，还要功耗低、效率高的多重福利。

LinkSwitch™-XT2SR 系列IC以低于5mW的空载功耗，供应高达90%的极高效率，在230VAC下供应高达15W的功率输出，适用于小型洞开式电源的运用，可以广泛运用于小家电，不断增长的、支持物联网功能的智能家居和智能建筑运用，以及其它一系列类似的工业类运用。

2感谢PI给EEWorld供应了这样一个尝鲜评测的机会

2.1 首先拆箱看看正面：

然后是反面：

前后旁边拆拆看，What？这个过于大略了吧！
但是，仔细看物料选择和PCB做工，还是能看出低调的奢华。
接下来，咱们一起深入理解一下事理设计，以便更好的知道what后面的为什么。

3事理剖析

3.1 芯片型号和先容

当然要先从LinkSwitch™-XT2SR核心芯片开始，每个细节都表示出：用最少的钱办最多的事，其关键特性包括：

- 内置集成LDO，给主控内核供电，从而保持低元件数，这个LDO还可以向外供电；

- 通过优化设计，担保在全负荷范围内，持续的高转换效率；

- 形成一个不依赖于外部变压器设计，独立实现的高精度恒压开关电源；

- 可以采取大略的双绕组变压器设计构造，在一个芯片实现变压器高压侧和低压侧的同时掌握，包括外置反馈输出电压调度的掌握逻辑，从而最小可以简化成单面PCB板的设计，并且能够实现全贴片制造工艺；

- 完备的保护，包括过温保护，过压保护等；

- 源漏极间，加大的爬电间距，提高高达725V耐压的功率MOSFET。

正是将这些功能高度集成在一个芯片，加上独到的数字反馈掌握办法及同步整流操作，才终极能够实现在230V AC输入时5mW的空载功耗；而在某个设计当中，当带轻载时，6V输出加30mA负载的情形下，待机损耗仅为190mW，同时保持5-6V输出时能够坚持90%的转换效率。

下方事理图展示了LinkSwitch™-XT2SR各个引脚所实现的功能，从反激变压器的高压侧/低压侧均能对功率开关管实行掌握，低压侧的uVCC引脚还能供应3.3V的输出，用于给外部的微掌握器供电，实现极简的赞助供电电源设计。
这种设计理念逻辑清晰，全体方案具有高度集成性的优点。

下图便是按照上述事理实现的一款双路输出的范例设计事理图，低压侧分别供应5V和12V的输出电压。
输入90~265V的工频互换电，经由桥式整流变换成高压直流，作为LinkSwitch™-XT2SR的高压侧供电电压。
低压侧相对输出电流比较高的5V输出，采取了同步整流，以提升效率。
在很多作为赞助电源的运用当中，5V用来供应低压赞助供电，而12V则用来驱动继电器等开关部件。
交叉调度率的改进是通过两路均有反馈的方法来实现的。

3.2 评测用开拓板的设计和功能

这次评测的开拓板是编号为DER-998的设计方案，基于LinkSwitch™-XT2SR芯片。
设计的运用处景为洞开式单电压输出运用，带载能力为1A输出。
输出可以根据详细工况分别选择6V/6W和12V/12W两种可选的输出方案。
本设计方案的规格参数如下：

输入电压范围：90 VAC to 265 VAC；

输出规格：两档输出，6V/6W或12V/12W(可通过跳线JP1选择，详细运用中也可由MCU经由对外部三极管的掌握来实现档位切换)；

IC自带SR驱动，实现同步整流操作，内置3.3 V LDO 输出(uVCC)；

额定输入下均匀效率90%，空载功耗低于5mW已经知足190mW的待机损耗；

设计采取大略的双绕组变压器构造。
由于是非隔离电源，因而无需价格昂贵的三层绝缘线绕制低压绕组。
高度集成造就了最小周边元件数目的设计；

输出纹波：120mV。

详细电路事理图显示如下：

从左到右，第一部分是互换输入回路。
高压工频50Hz的互换输入，经整流桥后变为高压直流，利用大略的型滤波器，知足EMI噪声规范哀求。

第二部分，是反激变换回路。
首先是RCD钳位回路，由D1, R1, R2, R12 和C3共同组成，限定主功率开关管关断时两端呈现的高压，担保各种工况下开关管的安全。
其次是自启动回路，由内部的高压恒流源在电源启动期间为旁路引脚电容C4充电，当高压侧功率管导通期间，IC的掌握器供电取自C4储存的能量。
当输入直流母线电压升至最小50VDC时，电源即开始启动以建立Vout输出，以是，虽然本设计最小供电电压是90V，但是在实际测试期间我们创造，在把调压器升高到58V时，就可以启动这个芯片的掌握内核，在空载的情形下，在低压侧建立额定的输出电压；而在带0.1A的轻载输出时，也仍能够保持该电压的稳定。

第三部分，是反激变压器回路。
紧张由本钱低廉的漆包线绕制的双绕组变压器构成。

第四部分，是二次侧。
以SR驱动FET的Q1为核心，包括降落输出纹波的滤波电容以及抑制高频尖峰电压的二级LC滤波构成。
R4和 C6组成整流管的缓冲网络，降落开关管关断时其两端的振铃电压。
连接至FW引脚的电阻R3用于检测SR FET开通期间两端的压降，从而决定何时关断SR FET。

第五部分，是电压反馈回路，由R7, R8, R9, R10, R11, C10和Q2组成。
通过JP1实现的12V/6V不同输出电压的选择切换，下取样反馈电阻只选R9时为6V输出，否则连接JP1时R8和R9的并联，输出变为12V电压。

通过这样分级分阶段的精心设计，实现了功能全，性能优，布局紧凑的恒压输出电源设计。

基于LinkSwitch™-XT2SR设计还有一个彩蛋，便是它可以同时供应一个最高输出电流能力可达20mA的3.3V电压轨，由3.3V的uVCC引脚和C5去耦电容器一起供应高达20mA的外部供电电源驱动能力，可以直接驱动所有型号的外部MCU，简化系统掌握供电电路的设计。

由于LinkSwitch™-XT2SR的综合优化能力，使得PCB可以实现精简的设计，实现如下形状尺寸的双面板。
详细如下：

同样，这个标准设计还供应了简便的变压器设计和选择方法。
毕竟，变压器是里面最须要定制设计和优化的非标器件。
在DER-998设计方案里面，其大略的变压器设计参数如下：

这个构造大略的变压器可以直接手工绕制即可，由于不是隔离电源的运用，因而不用考虑绕组间的高压绝缘哀求，这样就大大降落了变压器的本钱。
。
靠近磁芯可以先行绕制120匝的一次绕组，然后再加一层基本绝缘的胶带后，即可双线绕制16匝的低压二次侧绕组。

下图展示了详细变压器制作的过程。
右侧是二次绕组的绕制图，采取的是双线并绕的办法。

4实际测试结果

4.1 标准工况

根据LinkSwitch™-XT2SR芯片的参数，这个开拓板的标准工况包括，

最低事情电压：90V AC(50Hz工频互换)；

最高事情电压：265V AC(50Hz工频互换；

额定输出功率：6V/6W或12V/12W两档；

均匀效率：90%。

在标准市电220V互换电供电下，连接可调电子负载,

实际测试数据如下表（注：实际电压是从开拓板的测试端子丈量，和图中的读数不同）：

4.2 电源测试避坑

在这次电源测试中，须要先默念避坑口诀。
当然，能知道避坑的缘故原由每每是自己率先入坑了。

首先是安全。
涉及220V高压，要做好高压接头的绝缘，由于测试台每每导线多，还随意马虎移动，欠妥心短路是常见的事。
其次，要做好接地和实验平台的绝缘，这是人身安全和开拓板顺利评测的刚需。

然后，便是测试方法要精确。
这次评测延误了良久，一个主要的缘故原由自己在评测的时候大意了，没有核算导线的压降，为了连接方便，在6V/12V低压输出回路接入了过多的连接导线，一部分线径很细，在输出电流提高到1A及以上时，导线压降过大，偷

结果，在空载时输出电压稳定，在输出电流调到2A时，导线压降最大到了0.8V。
开始误以为开拓板破坏了，还返厂重测一次。
原设计最大电流是1A，而最初评测打到2A都还是冈冈的，这个板子现在还是身体康健，实在太抗造了。

以是，再次评测的时候，就轻微讲究了一些，先校正一下表计，创造电子负载的电流丈量值精度还可以，就直策应用减少了一个综合测试仪表。
常日短导线的直流压降都在10毫伏以下，但是上一次压降这么大，该当是达到100毫伏旁边了。
这次就只管即便选择线径0.5mm以上的导线，减少接头个数以减小打仗电阻。

详细利用的测试环境如下：

个中利用了0~300V自耦变压器调压器，

可调直流电子负载，同时还准备了一个20W-50欧姆量程的滑动变阻器作为纯阻性负载作为备用。
这个直流负荷的电流丈量值经由比较偏差小于1.5%，可以直接作为电流读数利用。

具有电压电流和纹波直接测试能力的USB接口的综合测试仪，

接下来的测试便是在这个测试环境下完成的。

4.3 输入电压范围测试

本测试分别在轻载(输出电流0.1A)和额定电流输出(输出电流1A)两种情形下，分别测试随着调压器的调度，高压侧输入电压变革，低压侧电压的输出值。

测试结果如下表：

这个开拓板在额定电压范围内的稳定电压输出能力太强了，实在是稳。

接下来额定电流1A输出时的电压范围内测试结果如下，

依然表现不错，最大电压颠簸范围小于1%。

4.4 负荷变革范围测试

本测试采取恒流电子负载，在额定输出电流范围内，调度额定功率输出电流，丈量输出电压的变革。

首先保持高压侧输入电压115V(AC 50Hz)不变，调度负载电流，丈量如下：

然后调度高压侧输入电压230V(AC 50Hz)不变，调度负载电流，丈量结果如下：

4.5 负荷效率丈量

负荷效率丈量须要丈量高压侧输入功率，并比拟低压侧的实际输出功率，来测定变换效率并绘出效率曲线。

电压变换的负荷损耗常日包括电阻性损耗和电感性损耗，电阻性损耗是导线和导体的电阻值带来的损耗，随着输出电流的增大而增大。
电感性损耗包括变压器磁芯的磁通变换带来的电磁性损耗和MOSFET等功率元件在开关动作期间发生的开关损耗，紧张受变换频率的影响，基本保持不变。

因此，常日在空载和轻载时，变换效率低，在达到额定事情状况时达到最优的变换效率。
本次丈量高压低压变比达到20倍旁边，以是，高压侧的电流值较小，由于选择的电流丈量表计精度不足，丈量结果的离散性过大，这个丈量结果精度不高。

操持在校核电流表后补充做这个项目，在额定电压在115V AC和230V AC两种输入电压的情形下，逐步调度电子负荷的设定电流，分别丈量结果。

常日的电源变换效率丈量结果，由于丈量表计选择等缘故原由，每每都不能达到标称的效率。
不过，根据现有丈量的结果，也展示了在额定电流的事情情形下，效率趋于提高的趋势。

4.6空载损耗

本开拓板设计方案最低可以达到5mW的工况，这么低的空载损耗，在待机模式下可以起到非常良好的节能效果。
按国际标准，如果在额定互换输入情形下空载功耗低于5mW，则该认为该电源为“零功耗”的电源产品。
在多数物联网项目的开拓设计中，这是一个非常具有吸引力的亮点。
不过这个哀求的丈量对功率计计的丈量精度哀求很高，一样平常须要采取积分丈量的办法对输入功率进行丈量。
而且每每电源须要经由满载事情半小时以上，当各个元件温度稳定后，再在空载条件下进行丈量。
本次评测中，因受设备条件的限定，无法准确对其结果进行量化。

4.7 出乎猜想的测试结果

首先是启动电压比规范中的值小很多。
在连接好测试回路，采取调压器从零开始调度电压，提高输入电压时，调压器自带的参考电压表显示在30V的时候，测试用开拓板就已经开始事情，能够驱动低压侧的电路事情，在空载时能够稳定地输出额定的电压。
这表示了这款IC内部高压供电恒流源的强大之处，同时也表现出其内部掌握器极低的功耗特性。
而当输入电压在60V的时候就可以稳定地在低压侧实现带载输出了。

其次是耐压能力，这个开拓板的高压耐用能力很强，这个调压器最高输出电压可达300V，在进行耐压测试的时候，逐步调度到满量程，开拓板能够耐受这个电压，不过此时在负载端已经显示输出电压低了，此时这个LinkSwitch™-XT2SR已经启动过压保护，开拓板停滞事情了。
为了防止破坏开拓板，我们所加的过压状态持续的韶光很短，没有详细丈量电源停滞事情的详细输入过压点。
不过，这个测试已经显示了开拓板的高压耐受能力和保护功能。

特殊一提的是LinkSwitch™-XT2SR的过载能力。
在上面测试中，当电子负载最大已经调度到2.00A时，电源仍旧能够保持很好的事情状态。

不过连续调高到2.65A的时候就有可能启动过流保护了。
详细这个过载输出能力，是受功率元件的结温和IC本体的散热条件决定的。
同时设计中变压器也要担保在过载期间不涌现饱和征象。
通过我们的过载测试，可以验证该电源具有2A以上的过载能力，而且变压器没有涌现饱和，从而造成开拓板破坏的情形发生。
但是实际设计时，我们还是建议将电源的过载功率点越靠近额定输出功率最好，这样可以担保故障情形下负载的安全以及电源的可靠。

5小结

通过本次测评创造，LinkSwitch™-XT2SR确实是一款性能可靠，布局紧凑的反激变换芯片，能够适用多种运用处景。
而且，在性能指标上还是比较守旧，有所保留，留有足够的设计裕量。

因此，这个芯片确实是可以做到既要还要也要的惊喜之选。