基于TinySwitch-Ⅲ的悬浮式高压恒流源的设计

图3 悬浮式电流源的电路

　ZTX558和ZTX458均为英国Zetex半导体公司（Zetex Semiconductors）生产的高反压晶体管。其中，ZTX558属于PNP型高反压晶体管，主要参数为当基极开路时集电极-发射极的反向击穿电压U(BR)CEO＝－400V，当发射极开路时集电极C基极的反向击穿电压（亦即集电结反向击穿电压）U(BR)CBO＝－400V，最大集电极电流ICM＝－200mA，共发射极电流放大系数hFE≤300，最大功耗PCM＝1W。ZTX458则属于NPN型高反压晶体管，主要参数为U(BR)CEO＝400V，U(BR)CBO＝400V，最大集电极电流ICM＝300mA，hFE≤300，PCM＝1W。

　　18～265V的交流电压经过VD2半波整流后，得到呈脉动直流的偏置电压UB，加至悬浮式电流源的输入端。该电流源能在整个输入电压范围内向TNY280P的BP/M端大约提供600μA的恒定电流。首先假定该电路只用晶体管VT2，则可认为由稳压管VDZ1给VT2的基极提供一个参考电位UB2。由于VT2的发射结电压（UBE2）与R5上的压降（UR5）之和就等于稳压管的稳定电压值UZ，而当环境温度不变时UBE2近似为恒定电压，因此UR5也为一个固定电压，利用R5即可设定恒流值。然而，实际上交流输入电压的范围很宽，由稳压管提供的偏置电流的变化范围很大，这会导致所设定的恒流值发生偏移。要克服上述难题，需要由PNP型晶体管VT1和R4再提供一个恒定的偏置电流。令VT1的发射结电压为UBE1，通过R4所设定的恒定偏置电流IB1＝UBE1/R4。显然，IB1不受输入电压变化的影响。

　　偏置电压（UB）与总偏置电流（IB）的关系曲线如图4所示。由图可见，VT2在较低输入电压下提供恒定偏置电流IB2，而VT1在较高输入电压下提供恒定偏置电流IB1。具体可分为以下3种情况：

图4 偏置电压与总偏置电流的关系曲线

　　1 当偏置电压UB≈50V（即整流滤波后的直流输入电压UI≈50V）时，由VT2给TNY280P提供恒定的偏置电流IB2，此时总偏置电流IB＝IB2。

　　2 当偏置电压UB＞50V时，流过VT2的电流将线性地减小，而流过VT1的电流线性地增大，此时由VT1、VT2共同给TNY280P提供恒定的偏置电流，总偏置电流IB＝IB1＋IB2，其中的IB2＞IB1。

　　3 当偏置电压达到最大值（UB＝375V）时，主要由VT1提供恒定的偏置电流，IB＝IB1＋IB2，但其中的IB1＞IB2。

　　该电路所提供的总偏置电流IB≈600μA。

　　18～265V交流输入电压经过由VD1、C1和C2组成的半波整流滤波电路，获得直流输入电压UI，为反激式开关电源提供高压直流。C1、C2还与电感器L构成π形滤波器，用于降低串模电磁干扰。在高频变压器的一次绕组与二次绕组之间使用了Y电容C7，可滤除共模干扰。一次侧钳位电路由VD3（1N4007GP）、R1、R2和C3组成。整流管VD5采用BYV27-200型2A/200V的超快恢复二极管，其反向恢复时间trr＜25ns。输出电压由稳压管VDZ2、光耦合器PC817A中的LED压降之和来设定。VDZ2采用4.3V稳压管1N5229B，LED的正向压降近似为1V，所设定的空载输出电压为5.3V。

　　TNY280P采用开/关控制方式，它经过光耦合器来接收二次绕组的反馈电压，再通过使能或禁止内部MOSFET的开/关，使输出电压保持稳定。一旦从EN/UV端流出的电流超过关断阈值电流（115μA），将跳过开关周期；当EN/UV端流出的电流小于关断阈值电流时，开关周期将重新使能。

　　设计要点

　　1 高频变压器采用EF20型铁氧体磁心，一次绕组用Φ0.33mm漆包线绕32匝。二次绕组用Φ0.40mm漆包线绕8匝。一次绕组的电感量LP＝278μH（允许有±12%的误差），最大漏感量LP0＝12μH。一次绕组的最低谐振频率为1MHz。

　　2 由于该电源的输入电压范围非常宽，因此一次绕组的电感量LP必须足够小（实际选278μH），以便使TNY280P工作在连续模式的边缘处。但是当LP较小时会导致电流上升率di/dt增大，必要时可选用TInySwitch-Ⅲ系列产品中输出功率较大的芯片。

　　3 钳位电路中R1的阻值不宜过小，否则会使空载功耗增大