基于TinySwitch-Ⅲ的懸浮式高壓恒流源的設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)工業(yè)控制的輔助電源時(shí)，可采用美國PI公推出的TInySwitch-Ⅲ系列第三代微型開關(guān)電源。目前，世界通用的交流輸入電壓范圍是u＝85～265V。但是當(dāng)18V＜u＜75V時(shí)，芯片就無法提供足夠的偏壓以維持正常工作，這就大大限制了TinySwitch-Ⅲ系列產(chǎn)品在低壓領(lǐng)域的應(yīng)用。為解決上述難題，使TinySwitch-Ⅲ在超低交流輸入電壓下也能正常工作，就需要從外部設(shè)計(jì)一個(gè)懸浮式高壓恒流源。

　　TinySwitch-Ⅲ系列產(chǎn)品的性能特點(diǎn)

　　TinySwitch-Ⅲ系列產(chǎn)品包括TNY274P～TNY280P、TNY274G～TNY280G等共14種型號(hào)。該系列產(chǎn)品主要有以下特點(diǎn)：

　　● TinySwitch-Ⅲ系列產(chǎn)品的最大輸出功率為36.5W（TNY280P/G型）。通過選擇BP/M端的電容量，可從外部設(shè)定內(nèi)部漏極限流點(diǎn)。該系列產(chǎn)品中除TNY274P/G之外，每種型號(hào)都有3種不同的極限電流值可供用戶選擇。其優(yōu)點(diǎn)是在用相鄰型號(hào)進(jìn)行替換時(shí)，無須重新設(shè)計(jì)高頻變壓器，也不用改變外圍元件。

　　● 用戶可分別從實(shí)現(xiàn)電源效率最大化、獲得最大輸出功率的角度來優(yōu)化電源設(shè)計(jì)。選擇較高的漏極限流點(diǎn)可獲得更高的峰值功率，或者在敞開式電源模塊中得到更高的連續(xù)輸出功率；而較低的極限電流值可提高密封式電源適配器/電池充電器的效率。

　　● 傳統(tǒng)的脈寬調(diào)制（PWM）式開關(guān)電源的效率隨負(fù)載的減輕而明顯降低。TinySwitch-Ⅲ則采用開/關(guān)控制方式，能滿足對(duì)待機(jī)電源及空載功耗節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的要求，空載功耗低于150mW；增加偏置繞組后可降到50mW以下。

　　● 具有輸入欠電壓保護(hù)、輸出過電壓保護(hù)和功率開關(guān)管自適應(yīng)導(dǎo)通時(shí)間延長功能。

　　TinySwitch-Ⅲ系列微型開關(guān)電源的工作原理

　　TinySwitch-Ⅲ的內(nèi)部框圖如圖1所示，其中，S、D分別為內(nèi)部功率MOSFET的源極與漏極（4個(gè)源極在內(nèi)部連通）。EN/UV為“使能/欠電壓”雙功能引出端，正常情況下，通過該端可控制功率MOSFET的通、斷；若在該端與直流輸入電壓之間連接一只外部電阻，即可檢測(cè)輸入是否欠電壓。BP/M為旁路/多功能端，單純作旁路端使用時(shí)，該端與地（S極）之間接0.1μF的旁路電容。BP/M端還具有多功能端的特性：首先是改變旁路電容的容量，即可設(shè)定漏極限流點(diǎn)；其次，該端還能提供關(guān)斷功能，具體方法是在反饋電壓的輸出端與BP/M端之間接一只穩(wěn)壓管，即可實(shí)現(xiàn)輸出過電壓保護(hù)。

圖1 TinySwitch-Ⅲ的內(nèi)部框圖

　　TinySwitch-Ⅲ內(nèi)部集成了一個(gè)耐壓為700V的功率MOSFET和一個(gè)開/關(guān)控制器。與傳統(tǒng)的PWM控制器不同，它采用一個(gè)簡單的開M關(guān)控制器來調(diào)節(jié)輸出電壓。內(nèi)部主要包括振蕩器，5.85V穩(wěn)壓器，旁路端鉗位用的6.4V穩(wěn)壓管，使能檢測(cè)與邏輯電路，極限電流狀態(tài)機(jī)，欠電壓、過電流及過熱保護(hù)電路和自動(dòng)重啟動(dòng)計(jì)數(shù)器。

　　TinySwitch-Ⅲ的極限電流ILIMIT與旁路電容CBP的對(duì)應(yīng)關(guān)系見表1。以TNY279P/G為例，當(dāng)旁路電容CBP＝0.1μF時(shí)，選擇標(biāo)準(zhǔn)極限電流ILIMIT＝650mA（典型值，下同）；當(dāng)旁路電容CBP＝1μF時(shí)，選擇較低的極限電流ILIMIT-＝550mA；當(dāng)旁路電容CBP＝10μF時(shí)，選擇較高的極限電流ILIMIT＋＝750mA，三者之間依次相差100mA。這種設(shè)計(jì)的最大優(yōu)點(diǎn)是能保證相鄰型號(hào)之間具有良好的兼容性。例如，TNY279P/G的ILIMIT-＝550mA，這恰好是相鄰型號(hào)TNY278P/G的極限電流值；而TNY279P/G的ILIMIT＋＝750mA，這正是相鄰型號(hào)TNY280P/G的極限電流值，余者類推。

　　超寬輸入范圍的工業(yè)控制電源的電路設(shè)計(jì)

　　由TinySwitch-Ⅲ系列產(chǎn)品TNY280P構(gòu)成3W超寬輸入范圍的工業(yè)控制電源的電路如圖2所示。該電源的顯著特點(diǎn)是交流電壓輸入范圍極寬（18～265V），輸出電壓為＋5V，輸出電流為600mA。電源效率可達(dá)65%，當(dāng)交流輸入電壓為230V時(shí)的空載功耗低于200mW。該電源的應(yīng)用領(lǐng)域包括工業(yè)控制所用的輔助電源。

圖2 由TNY280P構(gòu)成3W超寬輸入范圍的工業(yè)控制電源的電路

　　TinySwitch-Ⅲ系列產(chǎn)品能夠正常啟動(dòng)和工作的最低漏極電壓為50V。通常情況下，當(dāng)交流輸入電壓u＞85V時(shí)，芯片可提供自供偏壓。但是當(dāng)18V＜u＜75V時(shí)，芯片就無法提供足夠的偏壓以維持正常工作，這就大大限制了TinySwitch-Ⅲ系列產(chǎn)品在低壓情況下的應(yīng)用。為解決上述難題，使TinySwitch-Ⅲ在超低交流輸入電壓下也能正常工作，需要從TNY280P外部增加一個(gè)懸浮式高壓電流源，以便在低壓時(shí)給旁路端BP/M繼續(xù)供電。懸浮式電流源的電路如圖3所示。它包括7.5V穩(wěn)壓管VDZ1（1N5236B）、PNP型晶體管VT1（ZTX558）、NPN型晶體管VT2（ZTX458）、二極管VD2和VD4、電阻R4～R6。其中，VD2為半波整流管；VD4為隔離二極管，可將電流源與其他電路隔離開。