TinySwitch-Ⅱ系列高性能單片開關電源控制器IC的性能及應用(2)

摘 要：TinySwitch-Ⅱ系列TNY264～268IC是智能型多控制功率的開關電源控制器件，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，故對該電容器的充電時間極短，其典型值為0.6ms(上電延遲)。由于開　關反饋的快速特性，所以在電源的輸出端沒有過沖。當外部電阻器2MΩ從正極性直流輸入電壓接到EN/UV腳時，功率MOSFET開關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），如使用外部電阻器2MΩ，則功率MOSFET在輸出失調(diào)之后將開關50ms。隨后，當主線電壓變低，由欠壓功能阻止再起動時，功率MOSFET將維持關斷而無任何假信號出現(xiàn)。 圖13給出一個典型的TinySwitch-Ⅱ掉電過程波形圖，它是在EN/UV腳不外接2MΩ隨選電阻器（無欠壓）、正常斷電時的波形。圖14給出在待機狀態(tài)下TinySwitch-Ⅱ的緩慢掉電過程波形，此時EN/UV腳外接一只2MΩ電阻器，以阻止不希望發(fā)生的再起動情況出現(xiàn)。請注意圖14的水平時間軸（X軸）標度被壓縮了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)品說明書的一個失誤，圖14本應仍按每格0.1ms給出實測的延緩掉電波形。另外，用2MΩ時掉電發(fā)生后漏極高壓仍維持在約50V一段時間，無電阻器時僅10V。

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

圖12在EN/UV腳不外接電阻器時TinySwitch-Ⅱ的上電過程波形

圖13正常條件、無外接電阻器（不欠壓）時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。這主要有兩個益處：一是在額定應用時，省略了偏置繞組和相關元件；二是在電池充電應用中，從電流　電壓特性考慮，在輸出電壓下降到接近零伏時仍然供電。通常這類應用需要正向偏置繞組，要用較多相關元件，而選用TinySwitch-Ⅱ就不需要這些元件。 當應用要求很低的的空載功耗時（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 當漏極電流到達TinySwitch-Ⅱ的電流限制值時，每個開關周期就被終止。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TinySwitch-Ⅱ的內(nèi)部電源去耦。 6TinySwitch-Ⅱ的應用實例 TinySwitch-Ⅱ可組成理想的低成本高效電源，廣泛用于移動電話充電器、PC機待機電源、電視機待機電源、交流適配器、電機控制、設備控制、ISDN或DSL網(wǎng)絡終端。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的頻率抖動特性，使它能以單個電感器（或允許較低效率、低于3W應用時用兩只電阻器）與兩只輸入電容器構成輸入EMI濾波器。 自動再起動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)化設計、降低成本、提高效率。在充電應用時，可以不用開路故障保護的副邊光耦合器與齊納二極管。自動再起動節(jié)約了增設保險絲的成本，無需在反向電池條件下增加功率額定值。在需要欠壓閉鎖UVLO應用時，例如PC待機電源，TinySwitch-Ⅱ省略了幾個元件，節(jié)約了成本。 TinySwitch-Ⅱ也適合于要求恒壓和恒流輸出的應用場合。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，簡化了充電器的設計，可在零伏輸出條件下工作。 6.1 2.5W恒壓恒流移動電話充電器 圖4已示出在通用輸入范圍內(nèi)（85VAC～265VAC）、用TN264構成的5V、0.5A輸出的移動電話充電器電路。電感器L1與C1、C2共同構成一個π型濾波器。電阻器R1阻止電感器L1中的諧振。TinySwitch-Ⅱ中的頻率抖動工作，允許使用上述簡單π型濾波器，結合一只低值Y1電容器（C8），以滿足國際流行的電磁干擾標準。在變壓器中增設一段屏蔽繞組，能符合輸出容性接地時的EMI標準（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試電流附近。

圖1510W的PC機待機電源實用電路

利用晶體管Q1的VBE可形成一個簡單的恒流電路來檢測電流傳感電阻器R4上的電壓。當R4上的壓降超過晶體管Q1的VBE時，Q1導通，并可驅(qū)動光耦合器LED實現(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。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機待機電源 圖15和16分別示出10W和15WPC機待機電源電路。兩者提供兩種輸出電壓：一個是獨立的5V輸出（2A或3A），一個是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。兩個電路都工作在140VDC～375VDC的輸入電壓范圍，分別對應于交流輸入電壓為230VAC或100VAC/115VAC。這種設計利用了TinySwitch-Ⅱ主線欠壓檢測、自動再起動、開關頻率高的優(yōu)點。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號引腳，可提供大的漏電距離，以改進高污染環(huán)境，如用風扇冷卻的PC機電源的可靠性。 只有當主電源的直流、大體積電容器存在長掃描痕跡時，才必須使電容器C1對高壓直流電源提供高頻去耦。主線傳感電阻器R2和R3檢測主線欠壓時的直流輸入電壓，當交流電網(wǎng)關斷時，TinySwitch-Ⅱ的欠壓檢測特性可防止輸出端的自動再起動假信號，它是由主變換器的大儲能電容器緩慢放電引起的。這由阻止TinySwitch-Ⅱ開關來實現(xiàn)：當輸入電壓低于所需維持輸出穩(wěn)壓調(diào)節(jié)的電平，使之保持關斷，直至交流電再次接通、輸入電壓高于欠壓門限時為止。采用R2和R3給出4MΩ的組合值上電欠壓門限設在200VDC，稍低于在170VAC起動（用倍加器）時所需的最低直流輸入電壓。與用分立器件或用TOPSwitch?、虻脑O計比較，這一特性節(jié)約了幾個元件。通電時當電源開始工作后，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，以提供待機輸出時所需的維持時間。 輔助初級繞組經(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。 次級繞組由D3和C6整流與濾波。對于15W電源，由于它的次級紋波電流大于10WPC的待機電源，所以增加輸出電容器C7是必要的。自動再起動功能在短路條件下可限制輸出電流，無需增大D3額定值。L1和C8濾除開關噪聲。5V輸出是由U2和VR1來感測的。用R5保證齊納二極管偏置在其測試電流值。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