TinySwitch-Ⅱ系列高性能单片开关电源控制器IC的性能及应用(2)

摘 要：TinySwitch-Ⅱ系列TNY264～268IC是智能型多控制功率的开关电源控制器件，其综合性能与成本超过前几代。本文介绍该系列电路的性能及应用。

5.3上电和掉电（PowerUp/Down） TinySwitch-Ⅱ只需在BYPASS引脚接一只0.1μF的电容器。因它的容值小，故对该电容器的充电时间极短，其典型值为0.6ms(上电延迟)。由于开　关反馈的快速特性，所以在电源的输出端没有过冲。当外部电阻器2MΩ从正极性直流输入电压接到EN/UV脚时，功率MOSFET开关将在上电过程中出现延迟，直到直流主线电压升到超过100V门限为止。图11和图12给出TinySwitch-Ⅱ的上电过程波形，它们分别应用在EN/UV脚接或不接一只外部电阻器2MΩ。 在掉电期间（断电时），如使用外部电阻器2MΩ，则功率MOSFET在输出失调之后将开关50ms。随后，当主线电压变低，由欠压功能阻止再起动时，功率MOSFET将维持关断而无任何假信号出现。 图13给出一个典型的TinySwitch-Ⅱ掉电过程波形图，它是在EN/UV脚不外接2MΩ随选电阻器（无欠压）、正常断电时的波形。图14给出在待机状态下TinySwitch-Ⅱ的缓慢掉电过程波形，此时EN/UV脚外接一只2MΩ电阻器，以阻止不希望发生的再起动情况出现。请注意图14的水平时间轴（X轴）标度被压缩了5倍（每格0.5ms，而图13的每格为0.1ms），这使读者难以直接看出外接电阻器后的缓慢掉电过程，这是产品说明书的一个失误，图14本应仍按每格0.1ms给出实测的延缓掉电波形。另外，用2MΩ时掉电发生后漏极高压仍维持在约50V一段时间，无电阻器时仅10V。

图11在EN/UV脚外接随选电阻器2MΩ时TinySwitch-Ⅱ的上电过程波形

图12在EN/UV脚不外接电阻器时TinySwitch-Ⅱ的上电过程波形

图13正常条件、无外接电阻器（不欠压）时TinySwitch-Ⅱ的掉电过程波形

图14在EN/UV脚外接随选欠压电阻器时的掉电过程的缓慢过程波形（X轴压缩5倍）

TinySwitch-Ⅱ不需要偏置绕组向芯片供电，因它可直接由漏极脚供给电源，详见上文的功能介绍。这主要有两个益处：一是在额定应用时，省略了偏置绕组和相关元件；二是在电池充电应用中，从电流　电压特性考虑，在输出电压下降到接近零伏时仍然供电。通常这类应用需要正向偏置绕组，要用较多相关元件，而选用TinySwitch-Ⅱ就不需要这些元件。 当应用要求很低的的空载功耗时（50mW），要用偏置绕组，并经一只电阻器接BYPASS引脚可向芯片供电。推荐的最小供电电流是750μA。在这种情况下，BYPASS引脚被箝位在6.3V。这种方法将排除从漏极吸取功率，因而可减小空载功耗且提高满载效率。 5.4电流限制工作 当漏极电流到达TinySwitch-Ⅱ的电流限制值时，每个开关周期就被终止。电流限制工作方式提供了良好的主线电压纹波抑制，并提供独立于输入电压的恒定功率。 5　5BYPASS脚电容器 BYPASS脚使用一只小的0.1μF陶瓷电容器，用于对TinySwitch-Ⅱ的内部电源去耦。 6TinySwitch-Ⅱ的应用实例 TinySwitch-Ⅱ可组成理想的低成本高效电源，广泛用于移动电话充电器、PC机待机电源、电视机待机电源、交流适配器、电机控制、设备控制、ISDN或DSL网络终端。其132kHz的工作频率允许使用低廉的EE13或EF12.6磁芯变压器，仍然具有良好的效率。TinySwitch-Ⅱ的频率抖动特性，使它能以单个电感器（或允许较低效率、低于3W应用时用两只电阻器）与两只输入电容器构成输入EMI滤波器。 自动再起动功能排除了短路条件下加大副边输出二极管容量的必要，可优化设计、降低成本、提高效率。在充电应用时，可以不用开路故障保护的副边光耦合器与齐纳二极管。自动再起动节约了增设保险丝的成本，无需在反向电池条件下增加功率额定值。在需要欠压闭锁UVLO应用时，例如PC待机电源，TinySwitch-Ⅱ省略了几个元件，节约了成本。 TinySwitch-Ⅱ也适合于要求恒压和恒流输出的应用场合。由于TinySwitch-Ⅱ总是从输入高压获得功率，因此它不必依靠偏置绕组，简化了充电器的设计，可在零伏输出条件下工作。 6.1 2.5W恒压恒流移动电话充电器 图4已示出在通用输入范围内（85VAC～265VAC）、用TN264构成的5V、0.5A输出的移动电话充电器电路。电感器L1与C1、C2共同构成一个π型滤波器。电阻器R1阻止电感器L1中的谐振。TinySwitch-Ⅱ中的频率抖动工作，允许使用上述简单π型滤波器，结合一只低值Y1电容器（C8），以满足国际流行的电磁干扰标准。在变压器中增设一段屏蔽绕组，能符合输出容性接地时的EMI标准（它是EMI的最坏情况）。二极管D6、电容器C3和电阻器R2组成箝位电路，将TinySwitch-Ⅱ漏极脚的漏感关断电压尖峰限制到安全值。输出电压由光耦合器U2　LED的正向压降（～1V）和齐纳二极管VR1的电压之和确定。电阻器R8维持通过齐纳二极管的电流，以保证它工作在齐纳管的测试电流附近。

图1510W的PC机待机电源实用电路

利用晶体管Q1的VBE可形成一个简单的恒流电路来检测电流传感电阻器R4上的电压。当R4上的压降超过晶体管Q1的VBE时，Q1导通，并可驱动光耦合器LED实现回路控制。R6电阻器可保证足够的电压，维持控制环路工作在输出端电压降低到零伏时。如果输出端短路，R4和R6上的压降（～1.2V）足以保持Q1和LED电路有效工作。 6.210W和15W的PC机待机电源 图15和16分别示出10W和15WPC机待机电源电路。两者提供两种输出电压：一个是独立的5V输出（2A或3A），一个是12V原边参考输出（20mA）。图15是采用TNY266P提供10W输出功率，图16是采用TNY267P提供15W输出功率。两个电路都工作在140VDC～375VDC的输入电压范围，分别对应于交流输入电压为230VAC或100VAC/115VAC。这种设计利用了TinySwitch-Ⅱ主线欠压检测、自动再起动、开关频率高的优点。在132kHz下工作，允许使用更小、成本更低的变压器磁芯：10W电源用EE16，15W电源用EE22。从8引脚DIP封装的TinySwitch-Ⅱ取掉6号引脚，可提供大的漏电距离，以改进高污染环境，如用风扇冷却的PC机电源的可靠性。 只有当主电源的直流、大体积电容器存在长扫描痕迹时，才必须使电容器C1对高压直流电源提供高频去耦。主线传感电阻器R2和R3检测主线欠压时的直流输入电压，当交流电网关断时，TinySwitch-Ⅱ的欠压检测特性可防止输出端的自动再起动假信号，它是由主变换器的大储能电容器缓慢放电引起的。这由阻止TinySwitch-Ⅱ开关来实现：当输入电压低于所需维持输出稳压调节的电平，使之保持关断，直至交流电再次接通、输入电压高于欠压门限时为止。采用R2和R3给出4MΩ的组合值上电欠压门限设在200VDC，稍低于在170VAC起动（用倍加器）时所需的最低直流输入电压。与用分立器件或用TOPSwitch　Ⅱ的设计比较，这一特性节约了几个元件。通电时当电源开始工作后，经整流的直流输入电压需超过200V欠压门限。而一旦电源接通，它将连续工作降低到140V整流输入电压，以提供待机输出时所需的维持时间。 辅助初级绕组经D2和C2整流滤波，产生12V原边偏置输出电压，作为主电源原边控制器。另外，用该电压经R4向TinySwitch-Ⅱ供电，虽然工作时不需要，但从外部向TinySwitch-Ⅱ供电可减小器件的静态功耗：截止内部从漏极导出的电流源，常用于保持BYPASS引脚的电容器C3充电。10kΩ的R4使流进BYPASS引脚的电流为600μA，它稍大于TinySwitch-Ⅱ的电流消耗。多出的电流被一只芯片内的有源齐纳二极管安全地箝位在6.3V。 次级绕组由D3和C6整流与滤波。对于15W电源，由于它的次级纹波电流大于10WPC的待机电源，所以增加输出电容器C7是必要的。自动再起动功能在短路条件下可限制输出电流，无需增大D3额定值。L1和C8滤除开关噪声。5V输出是由U2和VR1来感测的。用R5保证齐纳二极管偏置在其测试电流值。齐纳管调节稳压方法提供了足够高的精确度（典型值为