TinySwitch Ⅱ及其在东莞电解电容待机电源中的应用

<STRONG>1　引言
STRONG>　　连年来，单片开关电源以其组成电源系统的低本钱、高靠得住性和设计机动性等利益越来越受到电源设计者的接待。TinySwitch－Ⅱ系列是美国Power Integrations公司继TinySwitch之后，最新推出的第二代加强型高效小功率断绝式开关电源用集成电路，该系列产物包罗TNY264P/G，TNY266P/G，TNY267P/G，TNY268P/G，共8种型号。TinySwitch-Ⅱ是TinySwitch的改造产物，用它组成电源系统时，本钱比分立元件PWM和其他集成/殽杂式电源方案低、体积小、效率和靠得住性高，出格适合于要求低本钱、高效率的应用场所，如移动电话充电器、PC机及电视机待机电源、AC适配器、设备节制和网络终端等。
2　TinySwitch-Ⅱ的机能特点
　　TinySwitch-Ⅱ和TinySwitch一样具有简朴的拓扑电路，但最大输出功率由10W提高到23W。TinySwitch-Ⅱ不只象TinySwitch一样将700V功率MOSFET，振荡器，高压开关电流源，流限和热关断电路集成到了单片器件内，由漏极电压提供启动和事情能量，不需要变压器偏置绕组及相关电路，并且还在器件内团结了自动重启动、输入欠压检测和频率发抖成果。这种设计有效地消除了音频噪声。全集成的自动重启动电路将输出短路或节制环开路等妨碍环境下的输出功率限制在安详范畴内，既限制了短路输出电流也掩护了负载、同时淘汰了元件数，低落了次级反馈电路的本钱。线路欠压门限可用一只检测电阻外部设定，从而消除了在待机电源等应用中，由于输入存储电容迟钝放电而发生的电源掉电妨碍。开关频率从44kHz提高到132kHz， 470UF 6.3V，答允利用低价值、小尺寸的EF12.6或EE13型磁芯，从而减小了高频变压器的体积、提高了电源效率，同时它的132kHz的事情频率是发抖的，可以显著低落准峰值僻静均EMI，使得滤波本钱最低。别的，它有极高的能效和靠得住性。
3　 引脚成果描写
　　如图1所示，TinySwitch-Ⅱ系列单片开关电源回收8脚双列直插式（DIP-8）或外貌粘贴式（SMD-8）封装，其各引脚成果描写如下：

图1　引脚设置图

　　漏极(D)引脚　　功率MOSFET的漏极输出引脚，为启动和稳态事情提供内部事情电流；
　　旁路（BP）引脚　　该端与地（S极）之间需接一只0.1μF的旁路电容；
　　使能/欠压(EN/UV)引脚　　此引脚具有输入使能和输入欠压检测两个成果，正常事情时，通过此引脚可节制功率MOEFET的通断（当该脚的电流大于240μA时将功率MOSFET关断），此引脚还通过与输入直流高电压相连的外部电阻来检测欠压环境，若该引脚没有与外部电阻相连，则没有输入欠压成果；
　　源极（S）引脚　　节制电路的公用点，毗连到内部MOSFET的源极，4个源极在内部是相连通的，它们被分别成两组，个中2个S端须接节制电路的民众端，另2个S（HVRTN）端则接高压返回端，其典范应用电路如图2所示。

图2　典 型 应 用 电 路

4　事情道理
　　图3为TinySwitch-Ⅱ的成果框图。其内部集成了一个耐压为700V的功率MOSFET和一个开/关节制器。与传统的PWM节制器差异，它利用一简朴的开/关节制器来不变输出电压。振荡器的频率为132kHz，振荡器中还增加了频率发抖电路，发抖量为±4kHz，该成果使EMI的均值和准峰值噪声均较低。

图3　功 能 框 图

　　TinySwitch-Ⅱ凡是是事情在极限电流的模式下。启动时，它在每个时钟周期的起始对EN/UV引脚信号取样，然后按照取样功效抉择是否跳过周期或跳过几多个周期，同时确定适当的极限电流阈值。当漏极电流ID逐渐升高并到达ILIMIT值或占空比到达最大值Dmaxx时，使功率MOSFET关断。满载时TinySwitch-Ⅱ在大部门周期内导通，中等负载时则要跳过一部门周期并开始低落ILIMIT值，以维持输出电压不变，轻载或空载时，则险些要跳过所有周期而且进一步低落ILIMIT值，使功率MOSFET仅在很短时间内导通，以维持电源正常事情所必须的能量。这本质上是引入了PFM调制的道理。别的，在轻负载状态下，当开关频率有大概进入音频范畴内时，流限状态调理器以非持续方法低落流限，较低的流限值使得开关频率保持在音频以上，低落了变压器的磁通密度从而减轻了音频噪声。
　　EN/UV引脚的使能电路包括一个输出设定为1.0V的低阻抗源级跟从电路，流经该电路的电流被限制在240μA，当流出此引脚的电流高出240μA时，使能电路的输出端会发生逻辑低（克制）。毗连在直流电源和EN/UV引脚间的外接电阻可用于监测直流输入电压，当电压低于设定值时，欠压检测电路就将旁路端电压UBP从正常值5.8V降至4.8V，强迫功率MOSFET关断，起到掩护浸染；当输出MOSFET关断时，5.8V稳压器通过漏极电压抽取电流将旁路引脚上毗连的旁路电容充电至5.8V，当MOSFET导通时，TinySwitch-Ⅱ耗损存储在旁路电容中的能量；别的，TinySwitch-Ⅱ中尚有一个6.3V并联稳压器，当电流经外部电阻注入旁路引脚时，稳压器将旁路引脚电压箝位在6.3V，这样能利便地通过偏置绕组对TinySwitch-Ⅱ外部供电，将空载功耗降至约50mW。
　　当产生输出过载，输出短路或开环妨碍时，TinySwitch-Ⅱ能自动重启动，直至解除妨碍后转入正常事情状态；极限电流检测电路用来检测功率MOSFET的漏极电流是否到达极限值，在每个开关周期内当电流到达极限电流ILIMIT时功率MOSFET就在此周期的剩余时间内关断；TinySwitch-Ⅱ的旁路引脚上仅需0.1μF的电容，由于电容小，充电时间极短，一般为0.6ms，因此上电进程迅速且电源输出无过冲。当EN/UV引脚和直流输入的正极间接了外部电阻（2MΩ）时，上电期间功率MOSFET的开关将被延迟到直流电压高出门限值（100V）今后。断电时，假如利用了外接电阻，功率MOSFET在输出失调后仍将继承开关50ms，该特性在用做待机电源时，使待机电源具有迟钝关断的特性。
5　　TinySwitch-Ⅱ在待机电源中的应用
　　图4是一基于TNY267P，功率为15W的PC机待机电源电路，该电路提供两路输出：主输出5V,3A和低级辅输出12V,20mA。输入电压范畴为DC140～375V，132kHz的事情频率使得变压器磁芯可用EE22型，线路检测电阻R2和R3检测直流输入电压是否呈现欠压。R2和R3组合的阻值为4MΩ，将上电时的欠压门限设为DC 200V，一旦开启电源，只要整流直流输入电压高于140V，它都将继承事情，直到降到低于140V才关机，这种设计方案可为待机电源提供所需的保持时间。帮助低级绕组生成12V输出电压供电源低级节制器利用，别的，此电压还用于通过R4向TinySwitch-Ⅱ供电。从外部向TinySwitch-Ⅱ供电（尽量不是必需），由于不再利用内部漏级驱动电流向旁路引脚电容C3充电，从而能低落器件的静态功耗。R4阻值为10kΩ，为旁路引脚提供600μA电流，比TinySwitch-Ⅱ的电流耗损略大，多余的电流由片内的稳压管安详地箝位在6.3V。次级绕组由D3和C6整流滤波，由于自动重启动成果限制短路输出电流，因而勿须利用更大的D3，L1和C8实现开关噪声滤波。光耦U2和VR1用于5V的输出检测，R5用以给稳压管提供偏置电流。由于TinySwitch-Ⅱ限制了光耦LED电流的动态范畴，使稳压管能以靠近恒定偏置电流事情，因而得以提供一般所需要的精度（约莫±3％）。该电源效率高于78％。

图4　PC机待机电源电路