LNK454/456-458/460
™
LinkSwitch-PL
产品系列
带可控硅调光、单级PFC和恒流控制的LED驱动器IC,
适用于非隔离式应用
产品特色
大幅简化离线式
• 无闪烁的相位控制可控硅调光
• 单级功率因数校正(PFC)及精确恒流(CC)输出
• 输入使用容量很小的电容,不使用电解电容,元件数量极少,
LED
驱动器
适用于紧凑型替换灯设计
• 紧凑的SO8、eSOP及eDIP封装
• 完全省去控制环路补偿
先进的性能特性
• 适合设计非隔离反激式电源
• 频率调制技术可极大缩减EMI滤波器的尺寸和成本
• 以低耗散直接检测LED电流
先进的保护及安全特性
• 通过对异常低输出功率进行周期跳频调节,对输出的峰值电流
进行箝位
• 集成的725 V功率MOSFET允许使用小容量的储能电容并提高功
率水平
• 短路、过载、反馈开环及输出过压保护
• 迟滞热关断保护
• 无论在PCB板上还是在封装上,都保证高压漏极引脚与其他所
有引脚之间满足高压爬电要求
™
高效节能
EcoSmart
• 高功率因数可通过降低输入VA提高系统的每瓦流明数
• 控制算法可平衡输入线电压和负载的开关和导通损耗,以维持
-
最佳效率
说明
使用LinkSwitch-PL 系列产品可为固态照明设计出尺寸非常小、成
本极低的单级功率因数校正恒流驱动器。LinkSwitch-PL 适用于
LED电流的直接检测,可在宽输入电压范围内工作,并提供高达
16 W的输出功率。其创新的控制算法能用最少的外部元件实现无
闪烁的可控硅调光。
该系列器件采用SO-8C 、eSOP-12 及
件都在单个4 引脚IC 上集成了一个725 V 功率MOSFET 、一个创新
的非连续模式可变频率、可变导通时间控制器、频率抖动、逐周
期限流及迟滞热关断电路。
eDIP-12 封装形式,每个器
AC
IN
图 1. 基本应用电路图
LinkSwitch-PL
D
CONTROL
S
BP
FB
PI-5835-060710
输出功率表
2
产品
LNK454D
LNK456D
LNK457D/K/V
LNK458K/V
LNK460K/V
表 1. 输出功率表
注释:
1. 最大的实际连续输出功率是在敞开式设计及有足够的散热,环境温度为+50 °C 的
条件下测量得到的(详细信息请参见“主要应用指南”部分)。
2. 封装:D: SO-8C ,K: eSOP-12 ,V: eDIP-12 。
最小 输出 功率 最大输出功率
1.5 W 3 W
3 W 6 W
4 W 8 W
6 W 11.5 W
8 W 16 W
串联的
图 2. 器件的选择基于输出LED 灯串的长度以及电流大小。假设每个LED 灯的典型
灯数
LED
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
压降值为3.5 V
350 mA 500 mA 700 mA 1000 mA
LNK454 LNK454 LNK454 LNK456
LNK454 LNK456 LNK456 LNK457
LNK456 LNK456 LNK457 LNK458
LNK456 LNK457 LNK458 LNK460
LNK457 LNK458 LNK460
LNK457 LNK458 LNK460
LNK458 LNK460
LNK458 LNK460
LNK458 LNK460
LNK460
LNK460
LNK460
85-265 VAC
1
输出电流
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BYPASS (BP)
FEEDBACK (FB)
1 µ A
V_I
V_Z
DRAIN (D)
LIM
LIM
SOURCE (S)
REGULATOR
UV
I
LIM
SET
V
FB(SK)
+
FB(LO)
+
+
V
I
FB
Q
V
REF
FILTER
CLR
DAC
4.9 V
S Q
R
SOA
UV
Update
CLK
5.85 V
CURRENT LIMIT
SOA
STATE MACHINE
PHASE
MEASUREMENT
DIGITAL
INTEGRATOR
INC/DEC
FREQUENCY/
DUTY CYCLE
CONTROLLER
ON-TIME
EXTENSION
I
LIM
Zero Crossing
AUTO-RESTART
SET
S Q
R
CLR
PI-5893-091010
+
+
Q
图 2. 功能结构图
引脚功能描述
漏极(D) 引脚:
高压功率MOSFET 的漏极连接点。通过内部的开关高压电流源
提供启动偏置电流。漏极电流检测和相关的控制器功能也通过
该引脚执行。
源极(S) 引脚:
功率MOSFET 的源极连接点。旁路引脚和反馈引脚的接地参考。
旁路(BP) 引脚:
外部旁路电容的连接点,用于产生内部使用的 5.85 V供电电源。
反馈(FB) 引脚:
LED 电流检测引脚。在正常工作期间,290 mV阈值决定着流经负
载检测电阻的电流的平均值。
第二个阈值对过大输出电流纹波进行箝位。
第三个较高阈值用于防止输出短路和过压故障(参见图5 )。
D Package (SO-8C)
1
FB
2
BP
4
D
Exposed Pad Internally
Connected to SOURCE Pin
S 12
S 11
S 10
S 9
S 8
S 7
图 3. 引脚配置(顶视图)
8
S
Exposed Pad (On Bottom)
7
6
5
Internally Connected to
S
SOURCE Pin
S
S
NC 1
FB 2
BP 3
NC 4
NC 5
D 6
V Package (eDIP-12)
K Package
(eSOP-12)
12 S
11 S
10 S
9 S
8 S
7 S
1 NC
2 FB
3 BP
4 NC
5 NC
6 D
PI-5836a-092710
2
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图 4. 典型应用电路图
AC
IN
LinkSwitch-PL
D
CONTROL
S
FB
功能描述
LinkSwitch-PL 在一个器件上集成了一个高压功率MOSFET 开关
及一个电源控制器。该IC 器件提供单级功率因数校正和LED 电流
控制。LinkSwitch-PL 控制器包括一个振荡器、反馈(检测及逻
辑)电路、5.85 V 稳压器、迟滞过热保护、频率抖动、逐周期限
流、环路补偿电路、自动重启动、开关导通时间延长、功率因
数以及恒流控制电路。
D
ES
R
ES
BP
C
F
R
SENSE
DZ
R
OV
R
F
PI-5837-060710
OV
在反馈引脚电压超过2 V 时,会触发自动重启动保护。该特性可
用于输出过压保护(通过图4 中的DZ
OV和ROV
),触发IC 进入自
动重启动模式。
在直接LED 电流检测配置中,平均反馈引脚电压正比于LED 电
流,大小取决于检测电阻(图4 中的R
(图4 中的R
)可降低反馈引脚处的高频率噪声。
F和CF
)。小型低通滤波器
SENSE
图5 显示的是反馈引脚电压的工作阶段。LinkSwitch-PL 设定其工
作点,以使稳态工作下的平均反馈引脚电压达到290 mV 。该阈
值比较低,是为了降低检测电阻的损耗。内部MOSFET 的开关
频率和导通时间会在每个AC 输入半周期更新一次,以便调整输
流和维持高功率因数。
出电
如果反馈引脚峰值电压超过520 mV ,则触发周期跳频模式,集
成功率MOSFET 所处理的功率以逐周期的方式进行箝位。在一
个输入电压半周期内,开关频率会有所变化,以减缓输出LED 上
的热应力。
Auto-Restart
2 V
Cycle Skipping
Mode
520 mV
Normal Operation
290 mV
PI-5838-091010
图 5. 反馈引脚工作电压阈值
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3
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V
FB
V
V
V
FB(ϕ)
LINE
TRIAC
ϕ
OS
ϕ
OL
V
FB(ϕ)
Phase
Angle
180° 0°
ϕ
OL
ϕ
OS
Phase
Angle
180° 0°
ϕ ϕ
0° 0°
Phase
Angle
Leading Edge
TRIAC Dimmers
图 6. 反馈电压相对于相位角调光特性
Conduction
Angle
Phase
Angle
可控硅(相控)调光
LinkSwitch-PL 集成了多项有用功能,可在使用相控可控硅调光
器时扩大调光范围和降低外部电路的复杂度。LED 输出电流由反
馈引脚电压控制,反馈引脚电压随可控硅调光器的导通角按比
例进行变化。当导通角减小时,反馈引脚电压随之降低,从而
减小LED 平均电流。
在接近AC 输入半周期持续时间的25% 时,开始调整反馈引脚参
考电压。超过该阈值(jOS)后,V
和LED 输出电流将降低,直到
FB
Phase
Angle
Conduction
Angle
Trailing Edge
Dimmers
Phase
Angle
PI-5894a-091010
达到第二个相位角阈值。此时,可控硅导通角变得非常小,IC
以恒定的频率和占空比(jOL阶段)进行开环工作,其内部集成
的功率MOSFET 能够处理严重切角的输入电压所带来的最大功
率,从而产生深度调光的光输出。
在调光期间,520 mV 箝位反馈阈值也会线性降低,以控制LED
电流纹波。
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IC供电和旁路引脚
在功率MOSFET 处于关断期间,内部的5.85 V 稳压器就会从漏极
引脚电压吸收电流,将连接到旁路引脚的旁路电容充电到5.85
V 。旁路引脚是内部供电电压节点。当功率MOSFET 导通时,器
件利用储存在旁路电容内的能量工作。内部电路极低的功率耗
散使LinkSwitch-PL可使用从漏极吸收的电流持续工作。一个1 µF
的旁路电容就足够实现高频率的去耦及能量存储。调光应用可
能需要更高的旁路电容值。
在相位角调光期间,当导通角较小时,AC 输入电压只会出现很
短的时间。在这种情况下,IC 不应依赖集成的高压电流源,而
应使用外部偏置电路从输出端(图4 中的D
ES和RES
)对IC 供电。
在输出电压低于7 V 时,应启用外部偏置电路。通过在变压器上
添加一个辅助绕 组即 可实现这一点, 然后通过二极管 (超 快
速)和电容进行整流和滤波。所选取的绕组电压(匝数)应能
够在最低工作输出
电流下支持IC 的最大功耗。
启动、开关频率及导通时间范围
启动时,控制器采用初始开关频率f
和最小导通时间t
MIN
ON(MIN)
。输出
电容的充电和提供到输出LED 的能量,决定着每个AC输入电压半
周期所更新的功率MOSFET开关频率和导通时间的增加幅度。
稳态开关频率和导通时间由输入电压、LED 上的电压降及转换器
效率决定。
轻载条件下,当器件达到最小频率f
和导通时间t
MIN
ON(MIN)
时,控制
通过跳过周期进行调整。在此工作模式下,输入电流没有功率
因数校正,平均输出电流无法确保处于正常范围内。反馈引脚
周期跳频阈值从接近正常调整水平的两倍,减小至刚刚超出在
此条件下限制输出功率所需的水平。设计合理的电源在正常负
载条件下是不会在此模式下工作的。如果电源设计正确,在连
接到正常负载时,它将在[f
作,且导通时间缩短到t
… f
MIN
MAX
ON(MIN)和tON(MAX)
]的开关频率范围内进行工
之间。
过载保护
过载时,系统将增大每AC 半周期的工作频率和导通时间,
发生
直到达到最大频率和最大导通时间。达到这一状态后,控制器
进入自动重启动保护,从而在主线频率为50 Hz 时将功率MOSFET
的栅极关断约1.28 秒,在60 Hz 时则关断1.02秒。该自动重启动
关断 时间结束后,功 率M OSFET 重新使能 ,重 新开始正常启
动,即开关频率和导通时间分别达到f
MIN和tON(M IN)
,然后逐步增
大,直到再次完成调整。在持续过载条件下,自动重启动占空
约为33% 。
比DC
AR
在可 控硅导通占空比小于 60 % 的相控调光期间,过载 保护 被
抑制。
输出过压保护
如果电源输出端出现空载情况,输出过压齐纳二极管(图4 中的
)将在达到阈值后立即导通。反馈引脚上的电压V OV将超过
DZ
OV
= 2 V, IC将进入自动重启动模式。
V
FB(AR)
输出短路
如果电源输出端(即LED 负载)发生短路,将有大量能量传输到
检测电阻,从而在反馈引脚产生高压。如果在此条
件下反馈引
脚电压超过2 V ,IC 会将这一情况视为输出短路,进入自动重启
动模式。
安全工作区(SOA) 保护
当功率MOSFET 因其电流在前沿消隐时间后超过流限值而连续
三个周期过早终止时,将触发SOA 保护模式,IC 进入自动重启
动模式。
迟滞热关断
热关断电路检测结的温度。热关断阈值通常设置在142 °C并具
备7 5 °C 的迟滞范围。当结 温度 超过这个阈值(14 2 ° C) ,功率
MOSFET 开关被禁止,直到结温度下降7 5 °C ,功率 MOSFE T
才会重新使能。
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应用范例
图7 中的电路提供350 mA的单路恒流输出和15 V的LED灯串电压。
使用标准AC 市电可控硅调光器可将输出电流减小到1% (3 mA)
,并且不会造成LED 负载不稳定和闪烁。该电路可同时兼容低
成本的前沿调光器和更复杂的后沿调光器。
该电路用于在通用AC 输入电压范围内(85 VAC 至265 VAC ,
47 Hz 至63 Hz )进行工作,但在0 VAC 至300 VAC 的输入电压范
围内也不会造成损坏。这可以提升现场应用可靠性,延长在线
电压跌落和浪涌条件下的使用寿命。基于LinkSwitch-PL 的设计
可提供高功率因数(在115 VAC / 230 VAC 下>0.9 )和低THD
(在230 VAC 下<15% ,在115 VAC 下<10% ),这有助于满足
所有现行国际标准的要求,可使单个设计全球通用。
所选用的外形可满足标准梨形(A19) LED 替换灯的要求。
该电源
输出 采用 非隔离式,要求外壳的机械设计能够同时将 电源 和
LED 负载与用户隔离。
PI元件的选择
所选 用器 件的输出功率大于要求值,以提升效率和降 低器 件
温升。这样通常可实现最高效率。进一步采用更大器件,通常会
达到同样的效率,或者会降低效率(因为功率MOSFET 越大,
带来的开关损耗越大)。
由于LED 照明相对于白炽照明的功耗非常低,灯所吸收的电流要
小于可控硅调光器的维持电流。这样会产生调光范围受限和/ 或
闪烁等不良情况。可控硅导通时对输入电容进行充电的浪涌电
流会造成电流振荡。这同样会造成类似不良情况,因为振荡会
使可控硅电流降至零,并在剩下的AC 周期内关断,或快速导通
和关断。
为克服这些问题,设计中包括三个电路功能块 – 一个无源衰减
电路、一
个有源衰减电路和一个泄放电路。这些功能块的缺点
是会增大功耗,从而降低电源的效率。在本设计中,在高压输入
下将一 个灯连接到 一个调光器 ,所选取的 值可 实现无闪烁 工
作。对于多个灯并联或在低压(100/115 VAC)下实现无闪烁工作的
情况,可以对这些值进行优化以降低功耗并提升效率。
由于这些功能块仅适用于调光应用,对于非调光设计,可以省
略这些元件,用跳线替代R7 、R8 和R20 。
有源和无源衰减电路
电阻R20 所形成的无源衰减电路与有源衰减电路一道,用于限制
在每个半周期可控硅导通时所产生的峰值浪涌电流。该电阻应
为阻燃电阻,以便在单点故障(例如桥式二极管故障)时安全
失效。
AC线路可控硅调光器接口电路
对于用低成本的可控硅前沿相控调光器提供输出调光的要求,
我们需要在设计时进行全面权衡。
R9
C4
22 nF
630 V
4.7 kΩ
L2
2.2 mH
C5
68 nF
400 V
L
90 - 265
VAC
N
F1
3.15 A
RV1
275 VAC
R20
47 Ω
Passive Damper
R2
4.7 kΩ
L1
2.2 mH
Active Damper Bleeder
R3
750 kΩ
BR1
MB6S
600 V
R4
750 kΩ
C3
22 nF
50 V
R7
240 Ω
Q3
240 Ω
R8
有源 衰减电路在每个 AC 半周期通过输入 整流管连接串联电阻
(R7和R8),在剩下的AC周期则通过并联SCR (Q3)绕过该电阻。
电阻R3 、R4 和C3 决定Q3 导通前的延迟时间,然后将衰减电阻
R7 和R8 短路。
C10
R17
1 nF
27 Ω
100 V
100 kΩ
R10
510 Ω
C6
68 nF
400 V
R11
510 Ω
R12
R13
4.7 Ω
D2
US1J
D6
DL4006
LinkSwitch-PL
LNK457DG
D
CONTROL
S
C7
1000 pF
630 V
U1
FB
BP
C8
10 nF
50 V
1
2
R15
3.3 kΩ
C9
1 µ F
25 V
EE16
T1
7
3
6
D4
BAV19WS
R16
10 kΩ
D5
SS110-TP
VR2
MAZS2000ML
20 V
R21
1 kΩ
R14
1 kΩ
C11
680 µ F
25 V
R18
0.82 Ω
1%
PI-6171a-102910
15 V, 350 mA
RTN
图 7. 用于替换A19 白炽灯的7. 5 W, 15 V LED 驱动器的电路图
6
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泄放电路
电阻R10 、R11 和C6 形成泄放电路,确保初始输入电流量足以满
足可控硅的维持电流要求,特别是在导通角不够大的情况下。
对于非调光应用,可省去R10 、R11 和C6 。
输入整流管和EMI 滤波器
EMI 滤波由L1 与C4 、L2 和C5 所组成的π 型滤波器提供。电阻 R2
和R9 用来衰减滤波器级的自谐振,并降低传导EMI 频谱内所产
生的峰值。如上所示,该设计可满足EN55015 传导EMI 限值,
且EMI 裕量>20 dB 。
AC 输入由BR1 进行整流,由C4 和C5 进行滤波。所选取的总等效
输入电容(C4 与C5 的和)可确保LinkSwitch-PL 器件对AC输入进
行正确的过零点检测,这对于维持正确的调光工作很有必要。
初级元件
LNK457DG 器件(U1) 集成了功率开关器件、振荡器、恒压控制引
擎、启动以及保护功能。集成的725 V 功率MOSFET 提供扩展的
设计裕量,可增强输入浪涌情况下甚
至是高压应用下的系统稳
健性。该 器 件通过 去 耦电容C 9 从旁路 引 脚获得供 电 。启动
后,C9 由U1 从内部电流源并经由漏极引脚进行充电,然后在正
常工作期间则由输出经由R15 和D4 进行供电。对非调光设计,
可省去D4 和R15 。
经整流和滤波的输入电压加在T1初级绕组的一端。U1中集成的功
率MOSFET 驱动变压器初级绕组的另一侧。D2 、R13、R12和C7
组成RCD-R箝位电路,对漏感引起的漏极电压尖峰进行限制。
二极管D6 用于防止IC 在功率MOSFET 关断和输入电压低于反射
输出电压(V
)时产生负向振荡(漏极电压低于源极电压)。
OR
输出整流
变压器的次级绕组由D5 进行整流;选用肖特基势垒二极管来提
高效率,并由C11 进行滤波。电阻R17 和C10 用来衰减高频振
荡,改善传导及辐射EMI 。
输出反馈
恒流 模式 设定 点由R18 上的电压降决定,然后馈入U1 的反馈
引脚。输出过压保护由VR2 和R21 提供。
需的最大电容值也有利于满足19 V 限值,但在开发过程中,必
须使用示波器进行检验。
如果要求减小电容值,并且这会导致传导EMI 升高,那么可以在
输入整流管前增加电容,以将它与总线电容有效隔离。
对于要使用前沿可控硅调光器的应用,建议使用薄膜电容,因
为陶瓷电容通常会产生音频噪声。
输出电容的选择
输出电容对输出 负载(LED) 的纹波电流有着直接影响。 电容越
大,纹波电流就越小。如果电容过大,会阻止输出端在自动重
启动时间内达到稳压,并会导致无法启动或者需要进行多次启
动(“打嗝”)。如果电容过小,会使反馈引脚的电压超过周
期跳频模式的阈值,从而降低功率因数,并导致调光期间发生
输出闪烁
。
因此,所选取的输出电容值应能使输出电流检测电阻(图7 中
的R18 )上及馈入反馈引脚上的纹波电压处于100 mVp-p ≤
V
K ≤ 400 mVp-p的范围内,目标值为 290 mVp-p。
FEEDBAC
输出电容的类型并不重要。非电解电容在使用寿命方面具有优
势(陶瓷电容和固态介质电容不含可随时间蒸发的电解质),
但在同一成本下电解电容具有最佳的容积效率。如果选用多层
陶瓷电容,则需验证数据手册中规定的电容与施加电压和温度
系数的曲线。典型的电容值在温度范围内和/ 或接近额定电压时
降低50% 。对于所有电容类型,均需验证所选电容是否根据输
出纹波电流进行额定。对于电解电容,要求选用ESR 值较低的
型号。建议 温度 额定 值为 105 °C 或更高,以获得更长的 使用
寿命。 对于典型的设计来说,输出电容存在最小的自热性,因
此使用寿命取决于内部环境温度,可大致通过Arrhenius 方程式
计算出来,即工作温度每下降10 °C
使用寿命就翻一倍。例如,
如果选用在105 °C 下额定使用寿命为5,000 小时的电容,则在
75 °C 下的预期寿命为40,000 。电解电容的寿命终止通常被定义
为ESR 翻倍且电容量减小20% 。对最终用户来说,这通常不会
对性能造成影响,并仍可在预期寿命后继续使用。
应用指南
输入电容的选择
为确保
调光期间的正确工作,LinkSwitch-PL 器件必须检测输入
电压的过零点。该检测是在DC 总线电压降到19 V 以下时通过漏
极节点内部完成的。DC 总线在每个半周期达到该电平的要求,
限制了输入整流桥在DC 侧的最大电容值。通常,高功率因数所
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反馈引脚信号
在 正常的非调 光 ( 满 功 率)工作期 间 , 反 馈 引脚阈值电 压
(经过电流检测电阻的电压)为290 mV。为了获得最佳输出电
流调整,建议将电压纹波控制在100 mVp-p至400 mVp-p之间。
这可以通过选取恰当的输出电容值和电流检测电阻值来实现。
如果纹波电压峰 值超过52 0 mV,器件将 进入周期跳 频模式,
这会降低功率因数校正(PFC)性能(降低PF并增大THD)。
7
Rev. A
11/01/10
LNK454/456-458/460
使用前沿可控硅调光器时的变压器设计方法
由于可控硅导通时磁通会发生急剧变化,因此变压器中会产生
一定的音频噪声。通过选用较高机械谐振频率的磁芯可以降低
噪声。但应避免使用具有窄长柱的磁芯(如EEL 磁芯)。RM 磁
芯和其他罐型磁芯都是比较好的选择,在相同的磁通密度下,
它们 所产 生的 音频 噪声要比EE 磁芯少。降低磁芯的磁通密度
(BM) 也可以减少音频噪声的产生。1500 高斯以下的值通常可消
除任何噪声的产生,但会降低给定磁芯尺寸的功率能力。
与可控硅调光器的配合工作
对于用低成本的可控硅前沿相控调光器提供输出调光的要求,
我们需要在设计时进行全面权衡。
为了正确工作,白炽灯的相位角调光器通常有一个规定的最小
负载,230 VAC 额定装置通常约为40 W 。这样是为了确保流经
内部可控硅的电流始终高于所规定的维持电流阈值。
由于LED 照明的功耗非常低,灯所
吸收的电流要小于调光器内可
控硅的维持电流。驱动器的输入电容允许在可控硅导通时大量
浪涌电流流过。这会使输入级和输入电容产生输入电流振荡,
有可能使电流低于可控硅维持电流。这两种机制都会产生调光
范围受限和/ 或闪烁等不良情况。
要克服这些问题,需在调光应用中集成两个电路功能块 - 衰减电
路和泄放电路。这些电路的缺点是会增大功耗,进而降低电源
的效率。
图8 显示的是前沿可控硅调光器输入端的输入电压及电流。在本
例中,可控硅以90 度角导通。
350
250
150
50
50 100 150 200 250 300 350 400
0.5
-50
-150
PI-5983-060810
Voltage
Current
0.35
0.25
0.15
0.05
-0.05
-0.15
图9 显示的是理想的整流后总线电压和电流。
350
300
250
200
150
100
50
Rectified Input Voltage (V)
0
0
50 100
Voltage
Current
150 200 250 400 350 300
Conduction Angle (°)
图 9 理想可控硅调光器输出整流后形成的波形
PI-5984-060810
0.35
0.3
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0
图10 显示的整流后总线电压及电流则不太理想,因为可控硅过
早关断并重启动。在第一个半周期,这是由于输入电流振荡低
于可控硅的维持电流造成的,振荡源自初始浪涌电流。第二个
半周期也显示可控硅关断,原因是电流在导通角即将结束时低
于维持电流。这种交替性半周期的行为差异频发出现,是由于
在两个工作象限中可控硅的维持电流存在差异。
350
300
250
200
150
100
50
Rectified Input Voltage (V)
0
50 100
0
150 200 250 400 350 300
Conduction Angle (°)
图 10. 导通不稳定的相位角调光器示例
PI-5985-102810
Voltage
Current
0.35
0.3
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0
Rectified Input Current (A)
Rectified Input Current (A)
-250
Line Voltage (at Dimmer Input) (V)
-350
Conduction Angle (°)
图 8. 前沿可控硅调光器在90° 导通角下的理想输入电压及电流波形
8
Rev. A
11/01/10
-0.25
-0.35
如果可控硅在半
断,那么就需要使用泄放电路和衰减电路。
Line Current (Through Dimmer) (A)
一般来说,随着泄放电路和衰减电路功耗的升高,调光器的兼
容性也随之增强。
起初,先在整流后功率总线(图7 中的R10 、R11 和C6 )上安装
一个泄放电路,初始值分别采用0.1 µF 的电容、1 kΩ 的总电阻和
2 W 的额定功率。
周期结束之前关 断, 或者发生快速导 通和关
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减小电容值,以确定可接受的最小值。减小电容值的同时会降低
功耗,从而提升效率。如果泄放电路不能维持可控硅导通,则需
添加一个衰减电路。衰减电路的作用在于限制浪涌电流(在输入
电容充电时产生)以及在可控硅导通时所产生的相关振荡。
起初,先添加一个无源衰减电路,该电路由一个简单电阻与AC
输入串联形成(图7 中的R20 )。典型值一般介于10 Ω – 100 Ω
之间,上限范围受到所允许的功耗/ 温度升高范围和效率下降范
围的控制。也可以使用10 Ω 以下的电阻值,但不太有效,尤其
是在高AC 输入电压的设计中。
如果无源衰减电路不足以避免不当的可控硅工作,那么可以添
加一个有源衰减电路。这在高压应用中比较常用,因为可控硅
导通时所产生的浪涌电流要大得多。低成本有源衰减电路由图7
中的R3 、R4 、C3 、Q3 、R7 和R8 组成。电阻R7 和R8 用来限制
浪涌电流,它们的值可以比无源衰减电路大得多,因为
它们只
在线周期的 一小部分时间内处于电路中。可控硅控制的整流器
(SCR) Q3 在由R3 、R4 和C3 控制的时间延迟后将R7 和R8 短接。
该延迟经过调整 后时 间达到最短,能 实现可接受的调 光器 性
能,降低电阻的功耗。SCR 是采用TO-92 封装的低电流、低成本
器件,其栅极电流要求非常低。所选用SCR 的栅极驱动要求与
规定的最低输入电压,一起决定R7 和R8 的最大值。
调光器通常会因 制造 商和额定功率的 不同而表现有所 差异 。
例如,由于使用低额定电流的可控硅(其维持电流通常较低),
300 W调光器所要求的衰减作用和泄放功耗要小于600 W和1000 W
调光器。线路阻 抗差 异也可以造成行 为变化,因此在 开发 过
程中,建议使用交流电源供应器确保性能的一致。但是,还必
须使用AC市电执行测试。
350
250
150
50
50 100 150 200 250 300 350
0
-50
-150
-250
Dimmer Output Voltage (V)
-350
Conduction Angle (°)
图 11. 后沿可控硅调光器在90 °导通角下的理想调光器输出电压及电流波形
PI-5986-060810
Voltage
Current
0.35
0.25
0.15
0.05
-0.05
-0.15
-0.25
-0.35
散热考量
照明应用对电源 设计 师提出了独特的 散热挑战。在许 多情 况
下,LED负载和相关散热片决定着电源的环境温度。因此,必须使
用正确的散热片,并检验所有器件的工作温度。对于LinkSwitch-PL
器件,建议源极引脚(D 封装)或裸焊盘(K 或V 封装)的温度
应小于115 °C ,以便为器件间的差异留出裕量。最差情况通常表
现为最大输出功率、最大外部温度以及最低或最高输入电压。
布局注意事项
初级侧连接
旁路引脚电容应靠近旁路引脚放置,并尽可能近地连接到源极
引脚 。源极引脚连线 上不 应有主功率MOSF ET 的开关电流流
过。所有连接到源极引脚的反馈引脚元件都应遵循与旁路引脚
电容相同的规则。
Dimmer Output Current (A)
电子后沿调光器
图11 显示的是采用电子后沿调光器的电源输入端的输入电压及电
流。在本例中,调光器以90 度角导通。这类调光器通常使用一个
OSFET 或IGBT 来提供开关功能,因此不需要维持电流。另
功率M
外,由于导通在过零点开始,高电流浪涌和线路振荡不是问题。
使用此类调光器时,通常不需要衰减电路和泄放电路。
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重要的是,主功率MOSFET 的开关电流应以尽可能短的路径返回
大容量电容。
高电流的长路径会产生大量的传导及辐射噪声。
9
Rev. A
11/01/10
LNK454/456-458/460
次级侧连接
输出整流管与输出滤波电容应尽可能地接近。变压器的输出回
路引脚与输出滤波电容返回侧之间的连线应比较短。这些电流
不应流经初级侧源极引脚。初级侧源极引脚和次级侧回路应通
过短连线进行连接。
快速设计校验
最大漏极电压
确认峰值V
超过700 V 。
在包括启动和故障条件在内的所有工作条件下都不
DS
最大漏极电流
测 量包括启动 和 故 障 条 件在内的所 有 工 作 条 件下的峰值 漏
极 电流。查找 变 压 器 饱 和时的信号 ( 通 常 在 高工作环境 温
度 下出现)。 确 认 峰 值 电流小于“ 绝 对 最 大 额定值”部 分
的规定值。
热检测
在最大输出功率 、最 小和最大输入电 压及最高环境温 度条 件
下,检验LinkSwitch-PL 、变压器、输出二极管、输出电容和漏
极箝位元件是否超过温度指标。
Switching
Current Loop
(Primary)
Transformer
U1
图 12. RD-251 PCB 顶视图
Bulk Capacitor
U1
Bulk Capacitor
Connection Between
Primary and Secondary
Copper Heat Sink Area
Transformer
Output Filter
Capacitor
PI-6212-102810
Switching
Current Loop
(Secondary)
图 13. RD-251 PCB 底视图
10
Rev. A
11/01/10
PI-6213-102810
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绝对最大额定值
漏极引脚峰值电流
(1,4)
(5)
: LNK454 ......................... 400 mA (750 mA)
LNK456 ..............850 mA (1450 mA)
LNK457 ........... 1350 mA (2000 mA)
LNK458 ............1750 mA (2650 mA)
LNK460 ............2700 mA (5100 mA)
漏极引脚电压 ...................................................... -0.3 V至725 V
反馈引脚电压 ............................................................. -0.3至9 V
旁路引脚电压 ....................
引线温度
(3)
....................................................... .......................260 ° C
......................................... -0.3至9 V
贮存温度 ................................................................ -65至150 °C
工作结温度
(2)
........................................................... -40至150 °C
热阻
热阻: D (SO-8C)封装:
(q
) .................................. 100 ° C/W
JA
(q JC) .........................................................30 ° C/W
(1)
, 80 ° C/W
K (eSOP)封装:
(q
(q
JA
(q JC) ...........................................................2 ° C/W
JA
(q JC) ...........................................................2 ° C/W
) .....................................69 ° C/W
V (eDIP)封装:
) .....................................76 ° C/W
(1),
49 ° C/W
(1),
64 ° C/W
注释:
1. 所有电压都是以T
= 25 ° C时的源极为参考点。
A
2. 通常由内部电路控制。
3. 在距壳体 1/16英寸处测量,持续时间5秒。
4. 在短时间内施加器件允许的绝对最大额定值不会引
永久性的损坏。但长时间用在器件允许的最大额定值时,
会对产品的可靠性造成影响。
5. 当漏极电压同时低于400 V时,可允许更高的峰值漏极电流
(括号内)。
注释:
(2)
1. 焊在0.36平方英寸(232 mm
(3)
2
)、2盎司(610g/m 2)铜铂区域,无外部
散热片。
(2)
2. 焊在1平方英寸(645 mm
(4)
散热片。
3. 在靠近塑料表面的源极引脚测得。
(2)
4. 在裸焊盘表面测得。
(4)
2
)、2盎司(610g/m 2)铜铂区域,无外部
起产品
参数 符号
控制功能
最大输出频率
最小输出频率 f
开关最长导通时间 t
开关最短导通时间 t
ON(MAX)
ON(MIN)
最大占空比 DC
反馈引脚电压 V
触发周期跳频模式
时的反馈引脚电压
自动重启动时的
IC
反馈引脚电压
V
V
f
MAX
MIN
FB(SK)
FB(AR)
MAX
FB
条件
源极 = 0 V; T
= -40至 +125 °C
J
最小值 典型值 最大值 单位
(除非另有说明)
平均 110 122 134 kHz
TJ = 25 °C
抖动的峰-峰值 6 %
平均 25.8 28.7 31.6 kHz
TJ = 25 °C
抖动的峰 -峰值 6 %
TJ = 25 °C 5.74 µ s
TJ = 25 °C 1.2 µ s
70 %
TJ = 25 °C
非调光(满功率)工作
280 290 300 mV
非调光(满功率)工作 520 mV
2 V
反馈上拉电流 I
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FB
-1.3 -1.0 -0.7 µ A
11
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参数 符号
控制功能(继上)
条件
源极 = 0 V; T
= -40至 +125 °C
J
最小值 典型值 最大值 单位
(除非另有说明)
VFB > V
I
S1
( MOSFET未开启)
FB(SK)
450 µ A
LNK454 530
漏极供电电流
旁路引脚充电电流
旁路引脚电压 V
旁路引脚分流电压 V
电路保护
电流限流点 I
I
S2
I
CH1
I
CH2
BP
SHUNT
LIMIT
V
= 0 V
FB
(MOSFET 在
下开启)
f
MAX
VBP = 0 V,
= 25 ° C
T
J
VBP = 4 V,
= 25 ° C
T
J
I
BP
di/dt = 160 mA/µ s
T
= 25 °C
J
di/dt = 325 mA/µ s
TJ = 25 °C
di/dt = 490 mA/µ s
TJ = 25 °C
di/dt = 650 mA/µ s
TJ = 25 °C
di/dt = 980 mA/µ s
TJ = 25 °C
LNK456 585
LNK457 650
µ A
LNK458 730
LNK460 1050
LNK454 -5.9 -4.2 -2.5
mA LNK456/457/458 -8.3 -5.9 -3.5
LNK460 -11.9 -8.5 -5.1
LNK454 -3.4 -2.4 -1.4
mA LNK456/457/458 -5.2 -3.7 -2.2
LNK460 -8.0 -5.7 -3.4
5.60 5.85 6.15 V
= 2 mA 5.9 6.2 6.6 V
LNK454 255 290 325
LNK456 510 580 650
LNK457 800 910 1020
mA
LNK458 1012 1150 1288
LNK460 1637 1860 2083
前沿消隐时间 t
流限延迟 t
热关断温度 T
热关断迟滞 T
旁路引脚通电
复位阈值电压
12
Rev. A
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SD(H)
V
BP(RESET)
LEB
ILD
TJ = 25 °C 160 200 ns
TJ = 25 °C 150 ns
SD
135 142 150 °C
75 °C
4.9 V
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条件
参数 符号
源极 = 0 V ;T
输出
LNK454
= 26 mA
I
D
LNK456
= 53 mA
I
D
导通电阻 R
DS(ON)
LNK457
= 85 mA
I
D
LNK458
= 110 mA
I
D
LNK460
= 170 mA
I
D
关断状态漏极漏电流 I
击穿电压 BV
DSS1
DSS
VBP = 6.2 V, VFB > V
VBP = 6.2 V, VFB > V
漏极供电电压 50 V
= -40至 +125 °C
J
最小值
TJ = 100 °C 34.4 39.8
TJ = 100 °C 17.5 20.2
TJ = 100 °C 10.4 11.9
TJ = 100 °C 6.7 7.6
TJ = 100 °C 3.3 3.9
, VDS = 580 V,
FB(SK)
= 125 °C
T
J
FB(SK)
最小值 典型值 最大值 单位
T
= 25 °C 23.1 26.6
J
T
= 25 °C 11.7 13.5
J
T
= 25 °C 6.9 7.9
J
T
= 25 °C 4.4 5.1
J
T
= 25 °C 2.2 2.6
J
50 µ A
, TJ = 25 ° C 725 V
Ω
自动重启动关断时间 t
AR(OFF)
自动重启动占空比 DC
f
= 50 Hz 1.28
MAIN
f
= 60 Hz 1.02
MAIN
AR
33 %
s
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13
Rev. A
11/01/10
LNK454/456-458/460
典型性能特性
1000
100
10
DRAIN Capacitance (pF)
0
0 100 200 300 400 500 600
DRAIN Voltage (V)
图 7. 漏极电容相对于漏极电压的变化
1.1
Scaling Factors:
LNK454 0.3
LNK456 0.6
LNK457 1.0
LNK458 1.55
LNK460 3.1
PI-6005-060210
PI-2213-012301
1.2
1
0.8
0.6
0.4
DRAIN Current (A)
0.2
0
0
LNK457 T
LNK457 T
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
DRAIN Voltage (V)
图 8. 漏极电流相对于漏极电压的变化
1.2
1
0.8
Scaling Factors:
LNK454 0.3
LNK456 0.6
LNK457 1.0
LNK458 1.55
LNK460 3.1
= 25 ° C
CASE
= 100 ° C
CASE
PI-6006-060210
PI-6209-102910
1.0
(Normalized to 25 ° C)
0.9
-50 -25 0 25 50 75 100 125 150
0.6
0.4
Current Limit
(Normalized to 25 ° C)
0.2
0
-50
0 50 100 150
Junction Temperature (° C)
图 9. 击穿电压相对于温度的变化 图 10 标准限流点相对于温度的变化
14
Rev. A
11/01/10
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SO-8CDŽDᓤDž
LNK454/456-458/460
0.10 (0.004)
2X
1.35 (0.053)
1.75 (0.069)
0.10 (0.004)
0.25 (0.010)
3.90 (0.154) BSC
2
D
C
Pin 1 ID
1.27 (0.050) BSC
B
4
1.25 - 1.65
(0.049 - 0.065)
2
4.90 (0.193) BSC
A
8
1
4
5
4
0.10 (0.004)
D
6.00 (0.236) BSC
2X
7X 0.31 - 0.51 (0.012 - 0.020)
0.25 (0.010)
7X
SEATING PLANE
C
A-B
C
0.20 (0.008)
M
0.10 (0.004)
2X
C A-B D
C
C
SEATING
PLANE
1.04 (0.041) REF
C
0.40 (0.016)
1.27 (0.050)
H
0.17 (0.007)
0.25 (0.010)
DETAIL A
0 - 8
0.25 (0.010)
BSC
DETAIL A
GAUGE
PLANE
D07C
Reference
Solder Pad
Dimensions
1.27 (0.050)
2.00 (0.079)
Notes:
1. JEDEC reference: MS-012.
4.90 (0.193)
0.60 (0.024)
2. Package outline exclusive of mold flash and metal burr.
3. Package outline inclusive of plating thickness.
4. Datums A and B to be determined at datum plane H.
5. Controlling dimensions are in millimeters. Inch dimensions
are shown in parenthesis. Angles in degrees.
PI-4526-040110
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15
Rev. A
11/01/10
LNK454/456-458/460
Pin #1 I.D.
(Laser Marked)
0.460 [11.68]
0.400 [10.16]
2
0.004 [0.10] C A 2X
0.059 [1.50]
Ref, Typ
0.059 [1.50]
Ref, Typ
eSOP-12( K封装)
0.356 [9.04]
Ref.
0.316 [8.03]
2X
0.004 [0.10] C B
0.350 [8.89]
2
Ref.
7 12
0.055 [1.40] Ref.
0.213 [5.41]
Ref.
0.010 [0.25]
°
°
8
0 -
0.034 [0.85]
0.026 [0.65]
DETAIL A (Not drawn to scale)
0.010 [0.25]
Ref.
Gauge Plane
Seating Plane
H
C
0.008 [0.20] C
2X, 6 Lead Tips
0.098 [2.49]
0.086 [2.18]
0.006 [0.15]
0.000 [0.00]
Seating plane to
package bottom
standoff
0.028 [0.71]
1
2
0.067 [1.70]
1
2
3
4
5
6
3 4 5 6 6 1
0.023 [0.58]
0.018 [0.46]
12×
3 4
B
0.070 [1.78]
0.010 (0.25) M C A B
TOP VIEW BOTTOM VIEW
0.032 [0.80]
0.029 [0.72]
0.092 [2.34]
0.086 [2.18]
Seating
0.004 [0.10] C
SIDE VIEW
C
Detail A
0.306 [7.77]
Ref.
END VIEW
Plane
Land Pattern
0.217 [5.51]
Dimensions
12
11
Notes:
1. Dimensioning and tolerancing per ASME Y14.5M-1994.
2. Dimensions noted are determined at the outermost
extremes of the plastic body exclusive of mold flash,
tie bar burrs, gate burrs, and interlead flash, but
10
0.321 [8.15]
9
including any mismatch between the top and bottom of
the plastic body. Maximum mold protrusion is 0.007
[0.18] per side.
3. Dimensions noted are inclusive of plating thickness.
4. Does not include inter-lead flash or protrusions.
8
5. Controlling dimensions in inches [mm].
6. Datums A & B to be determined at Datum H.
7
0.028 [0.71]
Ref.
3
0.016 [0.41]
0.011 [0.28]
12×
0.020 [0.51]
Ref.
0.049 [1.23]
0.046 [1.16]
0.019 [0.48]
Ref.
0.022 [0.56]
Ref.
16
Rev. A
11/01/10
0.429 [10.90]
PI-5748-082510
www.powerint.com
Pin #1 I.D.
(Laser Marked)
2X
0.004 [0.10] C B
0.350 [8.89]
0.316 [8.03]
1 2 3 4 5 6
2
Ref.
0.213 [5.41]
Ref.
eDIP-12( V封装)
Seating Plane
0.010 [0.25] Ref.
0.412 [10.46]
Ref.
0.306 [7.77]
C
Ref.
0.016 [0.41]
0.011 [0.28]
0.400 [10.16]
0.004 [0.10] C A
12×
7
8
0.436 [11.08]
0.406 [10.32]
LNK454/456-458/460
2
0.400 [10.16]
6
A
0.059 [1.50]
Ref, typ.
1
Pin #1 I.D.
(Laser Marked)
0.059 [1.50]
Ref, typ.
B
12 11 10 9 8 7 7 12
TOP VIEW
0.019 [0.48]
Ref.
H
0.031 [0.80]
0.028 [0.72]
0.07 [1.78] 0.03 [0.76]
0.356 [9.04]
Ref.
0.070 [1.78]
SIDE VIEW
0.049 [1.23]
0.046 [1.16]
0.192 [4.87]
Ref.
Mounting
Hole Pattern
Dimensions
0.400 [10.16]
Detail A
0.104 [2.65] Ref.
END VIEW
0.092 [2.34]
0.086 [2.18]
0.022 [0.56]
Ref.
0.020 [0.51]
Ref.
DETAIL A (Not drawn to scale)
Drill Hole 0.03 [0.76]
Round Pad 0.05 [1.27]
Solder Mask 0.056 [1.42]
°
°
4
5 ±
0.028 [0.71]
Ref.
0.023 [0.58]
0.018 [0.46]
12×
3 4
0.010 [0.25] M C A B
BOTTOM VIEW
Notes:
1. Dimensioning and tolerancing per
ASME Y14.5M-1994.
2. Dimensions noted are determined
at the outermost extremes of the plastic
body exclusive of mold flash, tie bar
burrs, gate burrs, and interlead flash,
but including any mismatch between the
top and bottom of the plastic body. Maximum
mold protrusion is 0.007 [0.18] per side.
3. Dimensions noted are inclusive of plating
thickness.
4. Does not include inter-lead flash or
protrusions.
5. Controlling dimensions in inches [mm].
6. Datums A & B to be determined at Datum H.
7. Measured with the leads constrained to be
perpendicular to Datum C.
8. Measured with the leads unconstrained.
9. Lead numbering per JEDEC SPP-012.
PI-5556-110210
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17
Rev. A
11/01/10
LNK454/456-458/460
元件订购信息
18
Rev. A
11/01/10
LNK 454 D G - TL
• LinkSwitch
序列号
• PL
封装信息
•
D SO-8C
K eSOP-12
V eDIP-12
封装材料
•
G 绿色: 无卤素和符合 RoHS
• 带装和卷轴装及其他包装形式
空白 标准配置
TL 带装和卷轴装, D封装至少 2500片, K封装至少 1000片
产品系列
www.powerint.com
LNK454/456-458/460
www.powerint.com
19
Rev. A
11/01/10
版本 注释 日期
A 初始版本 11/01/10
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whose failure to perform, when properly used in accordance with instructions for use, can be reasonably expected to result in significant
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2. A critical component is any component of a life sup
the failure of the life support device or system, or to affect its safety or effectiveness.
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