LinkSwitch-TN2 采用专有的 BCDMOS 工艺制造，该工艺将高压功率 MOSFET开关与低功耗开关控制器相结合，能够支持多种拓扑，包括高侧和低侧降压、降压-升压和反激式。 MOSFET 的额定电压为 725V，可承受输入电压浪涌，从而减少了对外部保护电路的要求。图 1 显示了 LinkSwitch-TN2 的功能框图。我们可以用它来说明该部件的主要特征及其操作模式。
除功率 MOSFET 外，该器件还包含振荡器、反馈（感应和逻辑）电路、5.0 V 稳压器、旁路 (BP/M) 引脚欠压电路、过温保护、线路和输出过压保护、频率抖动、电流限制电路、前沿消隐和用于自动重启的附加电路。该器件运行的是 66 kHz（标称频率）振荡器，该振荡器选择允许使用标准低成本电感器。这会生成两个内部信号，占空比信号和用于指示每个周期开始的定时时钟。频率抖动应用于时钟，通常为 4 kHz 峰峰值，以限度地减少 EMI 辐射，从而允许使用低成本双面印刷电路板。频率抖动的调制率为 1 kHz。
LinkSwitch-TN2 框图
图 1：LinkSwitch-TN2 框图
在正常工作期间，MOSFET 的开关由反馈 (FB) 引脚控制。当大于 49 ?A 的电流传送到该引脚，导致内部反馈节点变低时，开关终止。该信号在每个周期开始时在时钟信号的上升沿进行采样。如果它为高电平，则功率 MOSFET 在该周期内开启（启用），否则功率 MOSFET 保持关闭（禁用）状态。仅在每个周期开始时进行采样，并且在该周期的剩余时间内反馈引脚电流的变化不会影响该周期内 MOSFET 的状态。
如果连续两个开关周期向该引脚输送大于 670 ?A 的电流，则会检测到故障情况，并且该部件将停止开关并进入自动重启超时状态。当器件用于反激式配置时，此功能可用于监控线路（输入）电压，并为线路电压提供过压保护。下面的图 2 说明了一种可能的电路实现。
使用反馈引脚进行线路过压检测
图 2：使用反馈引脚进行线路过压检测
除了反馈引脚故障检测之外，当检测到各种故障条件（例如输出过压、输出过载、输出短路或开环条件）时，还会启动自动重启。在自动重启期间，每次反馈引脚被拉高时，由振荡器计时的内部计数器都会复位。如果反馈引脚在 50 mS 内没有被拉高，功率 MOSFET 开关将被禁用，持续时间等于自动重启关闭时间。次断言故障时，关闭时间为 150 mS。如果故障情况持续存在，则关闭时间将增加至 1500 mS。自动重启功能会交替启用和禁用功率 MOSFET 的开关，直到故障条件消除。
输出过压保护(OVP) 通过向 BYPASS 引脚提供超过 6 mA 的电流来触发。 BYPASS 引脚电容器形成一个低通滤波器，可防止无意触发的噪声。在因反馈丢失而导致的故障情况下，输出电压将迅速升至标称电压以上。
输出电压超过从输出连接到 BYPASS 引脚的齐纳二极管的额定电压与旁路电压之和，将导致超过 6 mA 的电流注入 BYPASS 引脚，从而触发自动重启并保护电源免受过压影响。图 3 显示了典型的非隔离降压转换器电路配置。输出电压通过反馈电阻分压器 R1 和 R2 设置，输出过压检测由 D4 和 R3 提供。
非隔离 12V、120mA 连续输出降压转换器
图 3：非隔离 12V、120mA 连续输出降压转换器
通过功率MOSFET的电流
通过功率 MOSFET 的电流由器件内部检测。当该电流超过内部阈值 Ilimit（取决于所选器件）时，功率 MOSFET 在剩余周期内关闭。前沿消隐电路在功率MOSFET导通后的短时间内抑制限流比较器，从而使电容和超快整流二极管反向恢复时间引起的电流尖峰不会导致开关周期提前终止。连接在源极 (S) 引脚和旁路引脚之间的电容器 C3 用于设置所选器件的电流上限和下限。 （正常电流限制为 0.1uF，降低电流限制为 1uf）。
模具温度
内部检测芯片温度，当芯片温度升至阈值（典型值 142 °C）以上时，启动热关断。功率 MOSFET 被禁用，并且 75 °C 迟滞应用于控制逻辑，以便在芯片温度低于 67 °C（典型值）之前不会重新启用开关。
ON/OFF控制方法来调节输出电压
LinkSwitch-TN2 IC 使用简单的开/关控制方法来调节输出电压。切换或不切换的决定是逐周期做出的，从而产生出色的瞬态响应，并且无需外部控制环路补偿网络。在每个周期开始时，对反馈引脚进行采样，如果 Ifb 小于 49 A，则启动下一个周期。如果 Ifb 大于 49 ?A，则跳过下一个周期。因此，当输出负载减少时，将跳过更多周期，而如果负载增加，则跳过更少周期。为了提供过载保护，如果在 50 ms 期间没有跳过任何周期，LinkSwitch-TN2 将进入自动重启状态，将平均输出功率限制为过载功率的大约 3%。由于轻载或空载时输出电压与 C3 两端电压之间存在跟踪误差，可能需要较小的预载 (R4)。下面的表1说明了正常操作和自动重启模式期间的逐周期控制方法。
LinkSwitch TN2 ON/OFF 控制方案
表 1：LinkSwitch TN2 ON/OFF 控制方案
为了获得效率，LinkSwitch-TN2 在大部分不连续导通模式 (MDCM) 下运行，而不是在连续导通模式(CCM) 下运行。下面的表 2 解释了两种操作模式之间的差异以及与每种操作模式相关的设计权衡。
CCM 和 MDCM 工作模式比较
表 2：CCM 和 MDCM 操作模式的比较
使用短语“大部分不连续”是因为一些开关周期可能表现出连续的电感器电流，然而大多数开关周期将处于不连续传导模式。设计可以完全不连续，但这会限制可用的输出电流，从而降低设计的成本效益。 CCM 和 MDCM 之间的其他差异包括 DCM 更好的瞬态响应以及 CCM 更低的输出纹波（对于相同电容器 ESR）。然而，在 LinkSwitch-TN2 设计的低输出电流水平下，这些差异通常并不显着。 MDCM 通常是，因为它提供的效率并提供的整体解决方案成本，但 CCM 可以用于输出电流是主要考虑因素的情况。
LinkSwitch-TN2 可用于所有常见拓扑，无论是否带有光耦合器和基准，以提高输出电压容差和调节能力。下面的表 3 总结了这些配置和主要功能。如需了解更多信息，请参阅应用笔记 – LinkSwitch-TN2 设计指南。
使用 LinkSwitch-TN2 的常见电路拓扑
表 3：使用 LinkSwitch-TN2 的常见电路拓扑
设计分析
使用图 3 中的电路，我们可以分析使用此 LinkSwitch-TN2降压转换器电源的主要设计考虑因素。当首次施加交流电时，该器件从漏极 (D) 引脚自启动，并由连接到旁路 (BP/M) 引脚的小型 100 nF 电容器 C3 提供本地电源去耦。在正常工作期间，器件通过限流电阻器 R3 从输出供电。此处，器件 LNK3204D 用于降压转换器配置。
该电源设计用于 MDCM 操作，峰值 L1 电感器电流由 LNK3204D 内部电流限制设置。每个开关周期的导通时间由 L3 的电感值、LinkSwitch-TN2 电流限制和 C2 上的高压直流输入总线设置。输出调节是通过响应施加到反馈 (FB) 引脚的开/关反馈信号而跳过开关周期来实现的。这与控制开关周期的接通时间（占空比）的传统 PWM 方案有很大不同。在接通期间，电流在 L2 中斜坡上升，同时传递至负载。
在关断期间，电感电流通过续流二极管 D3 斜坡下降至 C5，并输送至负载。二极管 D3 应选择为超快二极管（建议 t RR为 35 ns 或更好。应选择具有足够纹波电流额定值的电容器 C5（低 ESR 类型））。该设计的效率在大多数转换器负载范围内超过 80%。见图4
效率与输出负载（室温）
图 4：效率与输出负载（室温）
在 U1 关断期间，L2 两端的电压通过 D4 和 C4 进行整流和平滑。首先，D3 和 D4 的正向压降相同，因此 C3 两端的电压跟踪输出电压。为了提供反馈信号，C3 上产生的电压被 R1 和 R2 分压并连接到 U1 的 FB 引脚。选择 R1 和 R2 的值，使得在标称输出电压下，FB 引脚上的电压为 2V。这使得这种简单的反馈能够满足额定输出电流下所需的 ±3% 的总体输出容差。图 5 显示了输出电压与负载的关系。
输出电压与输出电流（室温）
图 5：输出电压与输出电流（室温）
为了提高可制造性，LinkSwitch-TN2 系列提供一系列封装选项：8 引脚 DIP、8 引脚 SMD 和 8 引脚 SO，SO 是的封装，MSL 等级为 1（可以暴露在环境中）室内条件 30 °C / 85 % RH（无限期）。
结论
LinkSwitch-TN2 IC 满足能效法规的要求，在高端降压转换器拓扑中空载功耗 <30 mW，在具有外部偏置的反激式拓扑中空载功耗 <10 mW。应用包括计量、家庭和办公楼自动化、工业控制、消费类电器和 LED 照明，其中基于 LinkSwitch-TN2 IC 的设计可以取代简单、低效、不可靠的滴盖器电源，成为可靠的高效替代品，因为其固有的严格电压调节 - 无需后期调节。使用 LinkSwitch-TN2 器件的设计受益于更高的可靠性、改进的性能、更高的效率和更低的成本，即使与需要大型且昂贵的 X 电容器的电容滴落器相比也是如此。
