TinySwitch Ⅱ及其在東莞電解電容待機電源中的應用

<STRONG>1　引言
STRONG>　　連年來，單片開關電源以其組成電源系統的低本錢、高靠得住性和設計機動性等利益越來越受到電源設計者的接待。TinySwitch－Ⅱ系列是美國Power Integrations公司繼TinySwitch之后，最新推出的第二代加強型高效小功率斷絕式開關電源用集成電路，該系列產物包羅TNY264P/G，TNY266P/G，TNY267P/G，TNY268P/G，共8種型號。TinySwitch-Ⅱ是TinySwitch的改造產物，用它組成電源系統時，本錢比分立元件PWM和其他集成/殽雜式電源方案低、體積小、效率和靠得住性高，出格適合于要求低本錢、高效率的應用場所，如移動電話充電器、PC機及電視機待機電源、AC適配器、設備節制和網絡終端等。
2　TinySwitch-Ⅱ的機能特點
　　TinySwitch-Ⅱ和TinySwitch一樣具有簡樸的拓撲電路，但最大輸出功率由10W提高到23W。TinySwitch-Ⅱ不只象TinySwitch一樣將700V功率MOSFET，振蕩器，高壓開關電流源，流限和熱關斷電路集成到了單片器件內，由漏極電壓提供啟動和事情能量，不需要變壓器偏置繞組及相關電路，并且還在器件內團結了自動重啟動、輸入欠壓檢測和頻率發抖成果。這種設計有效地消除了音頻噪聲。全集成的自動重啟動電路將輸出短路或節制環開路等妨礙環境下的輸出功率限制在安詳范疇內，既限制了短路輸出電流也掩護了負載、同時淘汰了元件數，低落了次級反饋電路的本錢。線路欠壓門限可用一只檢測電阻外部設定，從而消除了在待機電源等應用中，由于輸入存儲電容遲鈍放電而發生的電源掉電妨礙。開關頻率從44kHz提高到132kHz， 470UF 6.3V，答允利用低價值、小尺寸的EF12.6或EE13型磁芯，從而減小了高頻變壓器的體積、提高了電源效率，同時它的132kHz的事情頻率是發抖的，可以顯著低落準峰值僻靜均EMI，使得濾波本錢最低。別的，它有極高的能效和靠得住性。
3　 引腳成果描寫
　　如圖1所示，TinySwitch-Ⅱ系列單片開關電源回收8腳雙列直插式（DIP-8）或外貌粘貼式（SMD-8）封裝，其各引腳成果描寫如下：

圖1　引腳設置圖

　　漏極(D)引腳　　功率MOSFET的漏極輸出引腳，為啟動和穩態事情提供內部事情電流；
　　旁路（BP）引腳　　該端與地（S極）之間需接一只0.1μF的旁路電容；
　　使能/欠壓(EN/UV)引腳　　此引腳具有輸入使能和輸入欠壓檢測兩個成果，正常事情時，通過此引腳可節制功率MOEFET的通斷（當該腳的電流大于240μA時將功率MOSFET關斷），此引腳還通過與輸入直流高電壓相連的外部電阻來檢測欠壓環境，若該引腳沒有與外部電阻相連，則沒有輸入欠壓成果；
　　源極（S）引腳　　節制電路的公用點，毗連到內部MOSFET的源極，4個源極在內部是相連通的，它們被分別成兩組，個中2個S端須接節制電路的民眾端，另2個S（HVRTN）端則接高壓返回端，其典范應用電路如圖2所示。

圖2　典 型 應 用 電 路

4　事情道理
　　圖3為TinySwitch-Ⅱ的成果框圖。其內部集成了一個耐壓為700V的功率MOSFET和一個開/關節制器。與傳統的PWM節制器差異，它利用一簡樸的開/關節制器來不變輸出電壓。振蕩器的頻率為132kHz，振蕩器中還增加了頻率發抖電路，發抖量為±4kHz，該成果使EMI的均值和準峰值噪聲均較低。

圖3　功 能 框 圖

　　TinySwitch-Ⅱ凡是是事情在極限電流的模式下。啟動時，它在每個時鐘周期的起始對EN/UV引腳信號取樣，然后按照取樣功效抉擇是否跳過周期或跳過幾多個周期，同時確定適當的極限電流閾值。當漏極電流ID逐漸升高并到達ILIMIT值或占空比到達最大值Dmaxx時，使功率MOSFET關斷。滿載時TinySwitch-Ⅱ在大部門周期內導通，中等負載時則要跳過一部門周期并開始低落ILIMIT值，以維持輸出電壓不變，輕載或空載時，則險些要跳過所有周期而且進一步低落ILIMIT值，使功率MOSFET僅在很短時間內導通，以維持電源正常事情所必須的能量。這本質上是引入了PFM調制的道理。別的，在輕負載狀態下，當開關頻率有大概進入音頻范疇內時，流限狀態調理器以非持續方法低落流限，較低的流限值使得開關頻率保持在音頻以上，低落了變壓器的磁通密度從而減輕了音頻噪聲。
　　EN/UV引腳的使能電路包括一個輸出設定為1.0V的低阻抗源級跟從電路，流經該電路的電流被限制在240μA，當流出此引腳的電流高出240μA時，使能電路的輸出端會發生邏輯低（克制）。毗連在直流電源和EN/UV引腳間的外接電阻可用于監測直流輸入電壓，當電壓低于設定值時，欠壓檢測電路就將旁路端電壓UBP從正常值5.8V降至4.8V，強迫功率MOSFET關斷，起到掩護浸染；當輸出MOSFET關斷時，5.8V穩壓器通過漏極電壓抽取電流將旁路引腳上毗連的旁路電容充電至5.8V，當MOSFET導通時，TinySwitch-Ⅱ耗損存儲在旁路電容中的能量；別的，TinySwitch-Ⅱ中尚有一個6.3V并聯穩壓器，當電流經外部電阻注入旁路引腳時，穩壓器將旁路引腳電壓箝位在6.3V，這樣能利便地通過偏置繞組對TinySwitch-Ⅱ外部供電，將空載功耗降至約50mW。
　　當產生輸出過載，輸出短路或開環妨礙時，TinySwitch-Ⅱ能自動重啟動，直至解除妨礙后轉入正常事情狀態；極限電流檢測電路用來檢測功率MOSFET的漏極電流是否到達極限值，在每個開關周期內當電流到達極限電流ILIMIT時功率MOSFET就在此周期的剩余時間內關斷；TinySwitch-Ⅱ的旁路引腳上僅需0.1μF的電容，由于電容小，充電時間極短，一般為0.6ms，因此上電進程迅速且電源輸出無過沖。當EN/UV引腳和直流輸入的正極間接了外部電阻（2MΩ）時，上電期間功率MOSFET的開關將被延遲到直流電壓高出門限值（100V）今后。斷電時，假如利用了外接電阻，功率MOSFET在輸出失調后仍將繼承開關50ms，該特性在用做待機電源時，使待機電源具有遲鈍關斷的特性。
5　　TinySwitch-Ⅱ在待機電源中的應用
　　圖4是一基于TNY267P，功率為15W的PC機待機電源電路，該電路提供兩路輸出：主輸出5V,3A和低級輔輸出12V,20mA。輸入電壓范疇為DC140～375V，132kHz的事情頻率使得變壓器磁芯可用EE22型，線路檢測電阻R2和R3檢測直流輸入電壓是否呈現欠壓。R2和R3組合的阻值為4MΩ，將上電時的欠壓門限設為DC 200V，一旦開啟電源，只要整流直流輸入電壓高于140V，它都將繼承事情，直到降到低于140V才關機，這種設計方案可為待機電源提供所需的保持時間。幫助低級繞組生成12V輸出電壓供電源低級節制器利用，別的，此電壓還用于通過R4向TinySwitch-Ⅱ供電。從外部向TinySwitch-Ⅱ供電（盡量不是必需），由于不再利用內部漏級驅動電流向旁路引腳電容C3充電，從而能低落器件的靜態功耗。R4阻值為10kΩ，為旁路引腳提供600μA電流，比TinySwitch-Ⅱ的電流耗損略大，多余的電流由片內的穩壓管安詳地箝位在6.3V。次級繞組由D3和C6整流濾波，由于自動重啟動成果限制短路輸出電流，因而勿須利用更大的D3，L1和C8實現開關噪聲濾波。光耦U2和VR1用于5V的輸出檢測，R5用以給穩壓管提供偏置電流。由于TinySwitch-Ⅱ限制了光耦LED電流的動態范疇，使穩壓管能以靠近恒定偏置電流事情，因而得以提供一般所需要的精度（約莫±3％）。該電源效率高于78％。

圖4　PC機待機電源電路