TinySwitchII系列第二代微型单片开关电源的原理.docx

TinySwitch II系列第二代微型单片开关电源的原理II系列第二代微型单片开关电源的原理TinySwitch?II系列是美国PI（PowerIntegrations）公司继TinySwitch之后，于2001年3月新推出的第二代增强型隔离式微型单片开关电源集成电路。该系列产品包括TNY264P／G、TNY266P／G～TNY268P／G，共8种型号。它特别适合制作高效率、低成本、微型化的小功率开关电源，例如手机电池充电器、PC机待机电源、彩色电视机待机电源、交流电源适配器、电机控制器以及ISDN或DSL网络终端，是体积大、效率低的线性稳压电源理想的替代品。 1、TinySwitch?II系列的产品分类及性能特点 1.1产品分类 产品分类见表1 表1TinySwitch?II系列产品的分类及最大连续输出功率POM 1.2性能特点 与第一代产品TinySwitch（TNY253～TNY255）相比，它除了保留结构简单、使用方便等优点之外，还具有以下显著特点： （1）在增加输出功率的同时，降低了芯片的功耗，使电源效率得到进一步提高。当交流输入电压达到最大值265V，空载时芯片的功耗一般低于50mW。TinySwitch系列产品的最大输出功率为10W（TNY255P／G型），TinySwitch?II系列产品则提高到23W（TNY268P／G型）。开关频率也从44kHz提高到132kHz，这不仅能提高电源转换效率，还允许使用低价格、小尺寸的EE13或EF12.6型磁芯，减小高频变压器的体积。 （2）增加了自动重启动计数器、极限电流状态机和输入欠压检测电路。利用一只检测电阻来设定输入电压的欠压阈值，消除了在待机电源等应用中因输入滤波电容缓慢放电而引起的电源掉电故障。一旦发生输出短路、控制环开路或者掉电故障，均能保护芯片不受损坏。 表2TinySwitch?II与TinySwich的性能比较 图1TinySwitch?II的引脚排列（3）将TinySwitch的使能端（EN）改为双功能引出端“使能／欠压端”（EN／UV）。正常工作时由此端控制内部功率MOSFET的通断，该端还可用于输入欠压检测信号。另外，在旁路端（BP）内部还增加了6.3V的钳位保护电路。 （4）新增加了开关频率抖动（frequencyjittering） 功能，能滤除浸过清漆的普通高频变压器产生的音频噪声，并防止电源的开关噪声，还能快速上电而无过冲现象。TinySwitch?II的开／关控制器的调节速度比一般的脉宽调制器（PWM）更快，对纹波的抑制能力更佳。 （5）功率MOSFET漏极的极限电流ILIMIT的容许偏差小。例如TNY264P／G的容许偏差仅为250±17mA，相对偏差减小到（±17／250）％=±6.8％；而TNY254P／G的容差为255±25mA，相对偏差达（±25／255）％=±9.8％。这表明，用TNY264P／G代替TNY254P／G来设计开关电源时，由于TNY264P／G不需要留出过多的极限电流余量，因此在相同输入功率／输出电压的条件下，输出功率要高于TNY254P／G，并且能降低外围元件的成本。 1.3TinySwitch?II与TinySwich的性能比较TinySwitch?II与TinySwich系列产品的性能比较见表2。 2、TinySwitch?II系列的工作原理 2.1管脚功能 TinySwitch?II系列产品的引脚排列如图1所示，它采用双列直插式封装（DIP?8B）或表面贴片式封装（SMD?8B），但实际引出端只有7个。由于第6脚未引出，从而增加了漏极与源极的安全距离。考虑到它有4个源极端S，故等效于四端器件。4个源极被划分成两组：两个S端需接控制电路的公共端，两个S（HVRTN）端则接高压返回端，它们都与内部MOSFET的源极连通。D为内部功率MOSFET的漏极引出端，为启动和稳定工作提供了内部工作电流。BP为旁路端，接外部0.1μF的旁路电容。正常工作时，由EN/UV端来控制内部功率MOSFET的通断。超载时，从EN/UV端流出的电流大于240μA，强迫功率MOSEFT关断。若该端经一只2MΩ电阻接输入直流高压UI，即可对UI进行欠压检测，不接电阻时无此项功能。 图2TinySwitch?II的功能框图图3频率抖动的波形2.2工作原理 TinySwitch?II内部集成了一个耐压为700V的功率MOSFET和一个开／关控制器。与传统的PWM控制器不同，它采用一个简单的开/关控制器来调节输出电压。其功能框图如图2所示。主要包括振荡器，5.8V稳压器，旁路端钳位用的6.3V稳压管，使能检测与逻辑电路，极限电流状态机，欠压、过流及过热保护电路，自动重启动计数器。此外，EN／UV的内部电路中还增加了一个源极跟随器。由图2可见