1 概述

Power Integrations的LinkSwitch™-XT2SR LNK3771D芯片是一款非隔离反激变换开关IC，最大程度的实现了宽工作电压、宽工作环境、超低待机功耗，并采用最少的元件实现高性能下的高度集成。

能够在更低的启动电压85V下稳定工作，环境工作温度高达50℃，额定工作电压下5mW的空载损耗，满负荷效率相对于传统的Buck降压型线路更高，尤其在低压5V输出时效率仍能达到87%，而且能够在53x23mm的PCB上完全实现这样的功能，想一想也会觉得很有些难度。

2具体如何实现的？咱们一起拆拆看看

2.1 首先拆箱看看

正面主要是被动元件，其中反激变换变压器在哪里都是显眼包，然后是挤在一起的大号电容，其他元件就没有了。

然后是反面，这时就是主角LinkSwitch™-XT2SR LNK3771D，以及几个功率元件如桥堆和同步整流的N-MOSFET管，通过尺子刻度对比，就知道这个有多紧凑了。

而常见的散热设计，在设计中绝对是一个难题，如散热片等都没有出现，说明功耗控制得很好。

3对照设计原理图分析寻找答案

3.1 LinkSwitch™-XT2SR LNK3771D芯片介绍

LNK3771D属于PI LinkSwitch™-XT2SR 系列芯片，实现非隔离反激变换的电源设计。关键特性包括，

- 内置集成LDO，给主控内核供电，这个LDO还可以向外供电；

- 完备的保护，包括过温保护，过压保护等；

- 封装方面，源漏极间具有更宽的爬电间距，而内部集成的是耐压可达725V的MOSFET

3.2 评测用开发板的设计和功能

这次评测的开发板编号是DER-963的设计方案，基于LinkSwitch™-XT2SR LNK3771D芯片，输出5V/5W的高度集成设计方案。本设计方案的规范参数如下：

输入电压范围：85 VAC 至265 VAC；

输出功率：5V/5W；

带SR驱动，内置3.3 V LDO (uVCC)；

满负荷下效率不小于87%；

在最大电压265V下的空载损耗低于5mW；

工作环境温度高达50℃；

可以自恢复的热过载保护。

电路方案如下：

从左到右，第一部分是交流输入回路。高压工频50Hz/60Hz的交流输入，经整流桥整流后变为高压直流，随后是简单的π型滤波器，用于抑制EMI噪声。这个是一个很常见的标准设计。不过，在很多低成本设计方案中，会把浪涌抑制的压敏电阻RV1省掉，并且滤波回路用”L”型滤波再减少一个电容器。但这样做，对于某些有严苛雷击测试要求的应用，输入整流桥面临过压损坏的风险，因而建议大家考虑降低成本时还是要考虑电源的安全性。

第二部分，是包含反激变压器的反激变换回路，按照反激变换的逻辑，通过变压器一次侧蓄能-释放的循环，在二次侧实现稳定的恒定电压输出。电压控制通过反馈引脚的电压信号，通过控制PWM信号的占空比，实现稳定的恒压输出。而PI的这款IC采用的是其独有的“开/关”控制方式，控制器功耗更低，进而可以实现极高的待机效率和极低的空载功耗特性。我们评测的板子上使用的是LNK3771D型号的IC，它是一种适合非隔离电源应用的反激变换IC。只有漏极是高压引脚，处于IC封装的角落部分。其他均为控制用的低压引脚。由于是适用于非隔离电源的应用，因而在内部并没有其他隔离措施。

第三部分是低压输出侧，以SR驱动FET的Q1为核心的，接有降低纹波的输出滤波电容及进一步降低高频尖峰电压的二级LC(L2-C8)滤波回路。R4和C6组成缓冲回路，用于衰减Q1关断后两端呈现的振荡电压。

因为LinkSwitch™-XT2SR的综合优化能力，使得PCB可以实现如下尺寸精简的设计。具体PCB设计如下图：

同样，这个标准设计还提供了简单的变压器设计结构。毕竟，变压器是整个方案当中最需要定制设计和优化的非标器件。在这个DER-963设计方案里面，包括绕组匝数的选择以及具体的变压器设计参数如下，一次侧初级绕组感量为3005uH，初次级绕组间的变比为169T/12T，一次侧采用#35AWG的漆包线绕制，二次侧采用双股的#27AWG漆包线并绕。

从整体布置来看，以变压器为界分别布置高压侧元件和低压侧元件，能够保持足够的安全间距，在同一电压等级的区域，元件尽可能紧凑布局。但这样导致连接测试端子的空间狭窄，普通鳄鱼夹都不能伸进去，实测时需要引出。

下图是负载电流调整到0.175A时的显示，其中4.9882V显示的是不包括引出线的电压，引线电阻带来的压降是0.012V，引线综合电阻0.69Ω，所以，引线电阻不能忽略。

4实际测试结果

4.1 具体使用的测试环境如下

使用的高压变换设备是0~300V自耦变压器调压器， 配合一个胜利470型电能计量表计，可以直接读出电流，电压，功率因数等数据。

负载采用可调直流电子负载，以及具有电压电流和纹波直接测试能力的USB综合测试仪。接下来的测试就是在这个环境下完成的。

4.2标准工况的测量

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

最低工作电压：85V AC(50Hz工频交流)；

最高工作电压：265V AC(50Hz工频交流；

额定输出功率：5V/5W；

平均效率：87%。

在标准市电220V交流电供电下，空载测量输出端子的输出电压为5.01V。

调整调压器，电压变换从60V~270V，输出电压均为5.01V。根据手册说明，这时的空载损耗是小于5mW，连接胜利470电能计量表，最小输出精度是0.1W，交流电流测量精度0.1mA，这时的读数都为0mA和0W，受测量设备条件的限制，无法测量出这么小的功率数值。

经计算，空载损耗5mW对应的额定电流低至25uA，通用万用表交流电流最低档量程2mA，也不能准确测量这个数值。这个空载功耗相当低，能最大程度降低电源的待机损耗。

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)两种情况下，分别测试随着调压器的调整，高压侧输入电压变化，低压侧电压的输出值。

测试结果如下表：

接下来额定电流1A输出时的电压范围内测试结果如下：

综合看起来，负载较低时，开发板最低启动电压约为54V，满载1A时，最低启动电压约为60V，但受限于输入电压的规格，无法输出额定功率也是正常的。所以技术参数中最低工作电压85V是有保证的。

在满载时，低压侧输出电压值略低于5.00V，随着高压侧交流输入电压降低，输出电压降低的数值比较明显，但仍然可以保持在1%的波动范围内。

4.4 负荷变化范围测试

采用恒流电子负载，在额定输出电流范围内，调整负载的电流，测量输出电压的变化。

这次测量稍微调整一下连接方式，首先直流输出端用短粗的导线直接连接电子负载，输出电压采用万用表电压档测量。同时，因为调压器的空载损耗6.18W/63mA，容易影响测量精度，所以把胜利470型电能计量表连接到调压器的输出侧，实测其稳定工作的最低电压是135V，所以本部分测试的是在高压输入电压135V和230V两档电压下，电源输出电压随负载变化的趋势。连接如下：

首先保持高压侧输入电压135V(AC 50Hz)不变，调整负载电流，测量如下：

然后调整高压侧输入电压230V(AC 50Hz)不变，调整负载电流，测量结果如下：

通过上述测量，可以看出随着负载的增大，输出直流电压略有降低，电压稳定性很好。

5小结

根据这次测试能够看出，LinkSwitch™-XT2SR LNK3771D确实能够在额定规范的范围内稳定输出，并保持电压恒定，待机功耗低，转换效率高，散热管理好，非常适合在工作环境比较恶劣的情况下，包括工业产品，提供一个高效的集成电源解决方案。