TinySwitch-Ⅱ系列高性能單片開關(guān)電源控制器IC的性能及應(yīng)用(2)

摘 要：TinySwitch-Ⅱ系列TNY264～268IC是智能型多控制功率的開關(guān)電源控制器件，其綜合性能與成本超過前幾代。本文介紹該系列電路的性能及應(yīng)用。

5.3上電和掉電（PowerUp/Down） TinySwitch-Ⅱ只需在BYPASS引腳接一只0.1μF的電容器。因它的容值小，故對(duì)該電容器的充電時(shí)間極短，其典型值為0.6ms(上電延遲)。由于開　關(guān)反饋的快速特性，所以在電源的輸出端沒有過沖。當(dāng)外部電阻器2MΩ從正極性直流輸入電壓接到EN/UV腳時(shí)，功率MOSFET開關(guān)將在上電過程中出現(xiàn)延遲，直到直流主線電壓升到超過100V門限為止。圖11和圖12給出TinySwitch-Ⅱ的上電過程波形，它們分別應(yīng)用在EN/UV腳接或不接一只外部電阻器2MΩ。 在掉電期間（斷電時(shí)），如使用外部電阻器2MΩ，則功率MOSFET在輸出失調(diào)之后將開關(guān)50ms。隨后，當(dāng)主線電壓變低，由欠壓功能阻止再起動(dòng)時(shí)，功率MOSFET將維持關(guān)斷而無(wú)任何假信號(hào)出現(xiàn)。 圖13給出一個(gè)典型的TinySwitch-Ⅱ掉電過程波形圖，它是在EN/UV腳不外接2MΩ隨選電阻器（無(wú)欠壓）、正常斷電時(shí)的波形。圖14給出在待機(jī)狀態(tài)下TinySwitch-Ⅱ的緩慢掉電過程波形，此時(shí)EN/UV腳外接一只2MΩ電阻器，以阻止不希望發(fā)生的再起動(dòng)情況出現(xiàn)。請(qǐng)注意圖14的水平時(shí)間軸（X軸）標(biāo)度被壓縮了5倍（每格0.5ms，而圖13的每格為0.1ms），這使讀者難以直接看出外接電阻器后的緩慢掉電過程，這是產(chǎn)品說明書的一個(gè)失誤，圖14本應(yīng)仍按每格0.1ms給出實(shí)測(cè)的延緩掉電波形。另外，用2MΩ時(shí)掉電發(fā)生后漏極高壓仍維持在約50V一段時(shí)間，無(wú)電阻器時(shí)僅10V。

圖11在EN/UV腳外接隨選電阻器2MΩ時(shí)TinySwitch-Ⅱ的上電過程波形

圖12在EN/UV腳不外接電阻器時(shí)TinySwitch-Ⅱ的上電過程波形

圖13正常條件、無(wú)外接電阻器（不欠壓）時(shí)TinySwitch-Ⅱ的掉電過程波形

圖14在EN/UV腳外接隨選欠壓電阻器時(shí)的掉電過程的緩慢過程波形（X軸壓縮5倍）

TinySwitch-Ⅱ不需要偏置繞組向芯片供電，因它可直接由漏極腳供給電源，詳見上文的功能介紹。這主要有兩個(gè)益處：一是在額定應(yīng)用時(shí)，省略了偏置繞組和相關(guān)元件；二是在電池充電應(yīng)用中，從電流　電壓特性考慮，在輸出電壓下降到接近零伏時(shí)仍然供電。通常這類應(yīng)用需要正向偏置繞組，要用較多相關(guān)元件，而選用TinySwitch-Ⅱ就不需要這些元件。 當(dāng)應(yīng)用要求很低的的空載功耗時(shí)（50mW），要用偏置繞組，并經(jīng)一只電阻器接BYPASS引腳可向芯片供電。推薦的最小供電電流是750μA。在這種情況下，BYPASS引腳被箝位在6.3V。這種方法將排除從漏極吸取功率，因而可減小空載功耗且提高滿載效率。 5.4電流限制工作 當(dāng)漏極電流到達(dá)TinySwitch-Ⅱ的電流限制值時(shí)，每個(gè)開關(guān)周期就被終止。電流限制工作方式提供了良好的主線電壓紋波抑制，并提供獨(dú)立于輸入電壓的恒定功率。 5　5BYPASS腳電容器 BYPASS腳使用一只小的0.1μF陶瓷電容器，用于對(duì)TinySwitch-Ⅱ的內(nèi)部電源去耦。 6TinySwitch-Ⅱ的應(yīng)用實(shí)例 TinySwitch-Ⅱ可組成理想的低成本高效電源，廣泛用于移動(dòng)電話充電器、PC機(jī)待機(jī)電源、電視機(jī)待機(jī)電源、交流適配器、電機(jī)控制、設(shè)備控制、ISDN或DSL網(wǎng)絡(luò)終端。其132kHz的工作頻率允許使用低廉的EE13或EF12.6磁芯變壓器，仍然具有良好的效率。TinySwitch-Ⅱ的頻率抖動(dòng)特性，使它能以單個(gè)電感器（或允許較低效率、低于3W應(yīng)用時(shí)用兩只電阻器）與兩只輸入電容器構(gòu)成輸入EMI濾波器。 自動(dòng)再起動(dòng)功能排除了短路條件下加大副邊輸出二極管容量的必要，可優(yōu)化設(shè)計(jì)、降低成本、提高效率。在充電應(yīng)用時(shí)，可以不用開路故障保護(hù)的副邊光耦合器與齊納二極管。自動(dòng)再起動(dòng)節(jié)約了增設(shè)保險(xiǎn)絲的成本，無(wú)需在反向電池條件下增加功率額定值。在需要欠壓閉鎖UVLO應(yīng)用時(shí)，例如PC待機(jī)電源，TinySwitch-Ⅱ省略了幾個(gè)元件，節(jié)約了成本。 TinySwitch-Ⅱ也適合于要求恒壓和恒流輸出的應(yīng)用場(chǎng)合。由于TinySwitch-Ⅱ總是從輸入高壓獲得功率，因此它不必依靠偏置繞組，簡(jiǎn)化了充電器的設(shè)計(jì)，可在零伏輸出條件下工作。 6.1 2.5W恒壓恒流移動(dòng)電話充電器 圖4已示出在通用輸入范圍內(nèi)（85VAC～265VAC）、用TN264構(gòu)成的5V、0.5A輸出的移動(dòng)電話充電器電路。電感器L1與C1、C2共同構(gòu)成一個(gè)π型濾波器。電阻器R1阻止電感器L1中的諧振。TinySwitch-Ⅱ中的頻率抖動(dòng)工作，允許使用上述簡(jiǎn)單π型濾波器，結(jié)合一只低值Y1電容器（C8），以滿足國(guó)際流行的電磁干擾標(biāo)準(zhǔn)。在變壓器中增設(shè)一段屏蔽繞組，能符合輸出容性接地時(shí)的EMI標(biāo)準(zhǔn)（它是EMI的最壞情況）。二極管D6、電容器C3和電阻器R2組成箝位電路，將TinySwitch-Ⅱ漏極腳的漏感關(guān)斷電壓尖峰限制到安全值。輸出電壓由光耦合器U2　LED的正向壓降（～1V）和齊納二極管VR1的電壓之和確定。電阻器R8維持通過齊納二極管的電流，以保證它工作在齊納管的測(cè)試電流附近。

圖1510W的PC機(jī)待機(jī)電源實(shí)用電路

利用晶體管Q1的VBE可形成一個(gè)簡(jiǎn)單的恒流電路來(lái)檢測(cè)電流傳感電阻器R4上的電壓。當(dāng)R4上的壓降超過晶體管Q1的VBE時(shí)，Q1導(dǎo)通，并可驅(qū)動(dòng)光耦合器LED實(shí)現(xiàn)回路控制。R6電阻器可保證足夠的電壓，維持控制環(huán)路工作在輸出端電壓降低到零伏時(shí)。如果輸出端短路，R4和R6上的壓降（～1.2V）足以保持Q1和LED電路有效工作。 6.210W和15W的PC機(jī)待機(jī)電源 圖15和16分別示出10W和15WPC機(jī)待機(jī)電源電路。兩者提供兩種輸出電壓：一個(gè)是獨(dú)立的5V輸出（2A或3A），一個(gè)是12V原邊參考輸出（20mA）。圖15是采用TNY266P提供10W輸出功率，圖16是采用TNY267P提供15W輸出功率。兩個(gè)電路都工作在140VDC～375VDC的輸入電壓范圍，分別對(duì)應(yīng)于交流輸入電壓為230VAC或100VAC/115VAC。這種設(shè)計(jì)利用了TinySwitch-Ⅱ主線欠壓檢測(cè)、自動(dòng)再起動(dòng)、開關(guān)頻率高的優(yōu)點(diǎn)。在132kHz下工作，允許使用更小、成本更低的變壓器磁芯：10W電源用EE16，15W電源用EE22。從8引腳DIP封裝的TinySwitch-Ⅱ取掉6號(hào)引腳，可提供大的漏電距離，以改進(jìn)高污染環(huán)境，如用風(fēng)扇冷卻的PC機(jī)電源的可靠性。 只有當(dāng)主電源的直流、大體積電容器存在長(zhǎng)掃描痕跡時(shí)，才必須使電容器C1對(duì)高壓直流電源提供高頻去耦。主線傳感電阻器R2和R3檢測(cè)主線欠壓時(shí)的直流輸入電壓，當(dāng)交流電網(wǎng)關(guān)斷時(shí)，TinySwitch-Ⅱ的欠壓檢測(cè)特性可防止輸出端的自動(dòng)再起動(dòng)假信號(hào)，它是由主變換器的大儲(chǔ)能電容器緩慢放電引起的。這由阻止TinySwitch-Ⅱ開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)：當(dāng)輸入電壓低于所需維持輸出穩(wěn)壓調(diào)節(jié)的電平，使之保持關(guān)斷，直至交流電再次接通、輸入電壓高于欠壓門限時(shí)為止。采用R2和R3給出4MΩ的組合值上電欠壓門限設(shè)在200VDC，稍低于在170VAC起動(dòng)（用倍加器）時(shí)所需的最低直流輸入電壓。與用分立器件或用TOPSwitch　Ⅱ的設(shè)計(jì)比較，這一特性節(jié)約了幾個(gè)元件。通電時(shí)當(dāng)電源開始工作后，經(jīng)整流的直流輸入電壓需超過200V欠壓門限。而一旦電源接通，它將連續(xù)工作降低到140V整流輸入電壓，以提供待機(jī)輸出時(shí)所需的維持時(shí)間。 輔助初級(jí)繞組經(jīng)D2和C2整流濾波，產(chǎn)生12V原邊偏置輸出電壓，作為主電源原邊控制器。另外，用該電壓經(jīng)R4向TinySwitch-Ⅱ供電，雖然工作時(shí)不需要，但從外部向TinySwitch-Ⅱ供電可減小器件的靜態(tài)功耗：截止內(nèi)部從漏極導(dǎo)出的電流源，常用于保持BYPASS引腳的電容器C3充電。10kΩ的R4使流進(jìn)BYPASS引腳的電流為600μA，它稍大于TinySwitch-Ⅱ的電流消耗。多出的電流被一只芯片內(nèi)的有源齊納二極管安全地箝位在6.3V。 次級(jí)繞組由D3和C6整流與濾波。對(duì)于15W電源，由于它的次級(jí)紋波電流大于10WPC的待機(jī)電源，所以增加輸出電容器C7是必要的。自動(dòng)再起動(dòng)功能在短路條件下可限制輸出電流，無(wú)需增大D3額定值。L1和C8濾除開關(guān)噪聲。5V輸出是由U2和VR1來(lái)感測(cè)的。用R5保證齊納二極管偏置在其測(cè)試電流值。齊納管調(diào)節(jié)穩(wěn)壓方法提供了足夠高的精確度（典型值為