使用TinySwitch II實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源優(yōu)化的電路設(shè)計(jì)

使用TinySwitch II便于實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源的優(yōu)化設(shè)計(jì)。由于其開關(guān)頻率提高到132kHz，因此高頻變壓器允許采用EE13或EF12.6小型化磁芯，并達(dá)到很高的電源效率。TinySwitch II具有頻率抖動(dòng)特性，僅用一只電感(在輸出功率小于3W或可接受的較低效率時(shí)，還可用兩個(gè)小電阻)和兩只電容，即可進(jìn)行EMI濾波。即使在短路條件下，也不需要使用大功率整流管。做具有恒壓/恒流特性的充電器時(shí)，TinySwitch II能直接從輸入高壓中獲取能量，不需要反饋繞組，并且即使輸出電壓降到零時(shí)仍能輸出電流，因此可大大簡(jiǎn)化充電器的電路設(shè)計(jì)。對(duì)于需要欠壓保護(hù)的應(yīng)用領(lǐng)域(如PC待機(jī)電源)，也能節(jié)省元件數(shù)量。

1 TinySwitch II的典型應(yīng)用

1.12.5W恒流/恒壓輸出式手機(jī)電池充電器

由TNY264(IC1)構(gòu)成的2.5W(5V、0.5A)、交流寬范圍輸入的手機(jī)電池充電器電路，如圖1所示。RF為熔斷電阻器。85V～265V交流電經(jīng)過(guò)VD1～VD4橋式整流，再通過(guò)由電感L1與C1、C2構(gòu)成的π型濾波器，獲得直流高壓UI。R1為L(zhǎng)1的阻尼電阻。利用TNY264的頻率抖動(dòng)特性，允許使用簡(jiǎn)單的濾波器和低價(jià)格的安全電容C8(Y電容)即可滿足抑制初、次級(jí)之間傳導(dǎo)式電磁干擾(EMI)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。即使發(fā)生輸出端容性負(fù)載接地的最不利情況下，通過(guò)給高頻變壓器增加屏蔽層，仍能有效抑制EMI。由二極管VD6、電容C3和電阻R2構(gòu)成的鉗位保護(hù)電路，能將功率MOSFET關(guān)斷時(shí)加在漏極上的尖峰電壓限制在安全范圍以內(nèi)。當(dāng)輸出電流IO低于500mA時(shí)，電壓控制環(huán)工作，電流控制環(huán)則因晶體管VT截止而不起作用。此時(shí)，輸出電壓UO由光耦合器IC2(LTV817)中LED的正向壓降(UF≈1V)和穩(wěn)壓管VDZ的穩(wěn)壓值(UZ=3.9V)來(lái)共同設(shè)定，即UO=UF+UZ≈5V。電阻R8給穩(wěn)壓管提供偏置電流，使VDZ的穩(wěn)定電流IZ接近于典型值。次級(jí)電壓經(jīng)VD5、C5、L2和C6整流濾波后，獲得+5V輸出電壓。

圖1： 2.5W恒壓/恒流式手機(jī)電池充電器

TinySwitch II的開關(guān)頻率較高，在輸出整流管VD5關(guān)斷后的反向恢復(fù)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生開關(guān)噪聲，容易損壞整流管。雖然在VD5兩端并上由阻容元件串聯(lián)而成的RC吸收電路，能對(duì)開關(guān)噪聲起到一定的抑制作用，但效果仍不理想，況且在電阻上還會(huì)造成功率損耗。解決的辦法是在次級(jí)整流濾波器上串聯(lián)一只磁珠。

磁珠(Magneticbead)是近年來(lái)問(wèn)世的一種超小型的非晶合金磁性材料，它與鐵氧體屬兩種材料。市售的磁珠外形與塑封二極管相仿，外形呈管狀，但改用磁性材料封裝，內(nèi)穿一根導(dǎo)線而制成的小電感。常見(jiàn)磁珠的外形尺寸有Φ2.5×3(mm)、Φ2.5×8(mm)、Φ3×5(mm)等多種規(guī)格。供單片開關(guān)電源使用的磁珠，電感量一般為幾至幾十μH。磁珠的直流電阻非常小，一般為0.005Ω～0.01Ω。通常噪聲濾波器只能吸收已發(fā)生了的噪聲，屬于被動(dòng)抑制型;磁珠的作用則不同，它能抑制開關(guān)噪聲的產(chǎn)生，因此屬于主動(dòng)抑制型，這是二者的根本區(qū)別。磁珠可廣泛用于高頻開關(guān)電源、錄像機(jī)、電子測(cè)量?jī)x器、以及各種對(duì)噪聲要求非常嚴(yán)格的電路中。圖1中的濾波電感L2，就選用3.3μH的磁珠，可濾除VD5在反向恢復(fù)過(guò)程中產(chǎn)生的開關(guān)噪聲?！　?/p>

由晶體管VT、電流檢測(cè)電阻R4和光耦合器IC2組成電流控制環(huán)。當(dāng)輸出電流IO接近于500mA時(shí)，由于R4上的壓降升高，使晶體管VT的發(fā)射極電壓 UBE也隨之升高，VT進(jìn)入放大區(qū)，此時(shí)電流控制環(huán)開始起作用，輸出呈恒流特性。即使輸出端發(fā)生短路故障，使得IO↑，UO→0V，由于電阻R6和R4上的總壓降約為1.2V，仍能維持VT和光耦合器中LED的正常工作。R3為基極限流電阻。1.2 15W的PC機(jī)待機(jī)電源電路字串6

一種輸出功率為15W的PC機(jī)待機(jī)電源電路如圖2所示。該電源可提供兩路輸出：主輸出為+5V、3A;輔助輸出則為+12V、20mA?？傒敵龉β蕿?15.24W，電源效率高于78%。電路中采用兩片集成電路：TNY267P型微型單片開關(guān)電源(IC1)，SFH615 2型線性光耦合器(IC2)。直流輸入電壓為140V～375V，這對(duì)應(yīng)于交流輸入電壓為230V±15%或者110/115V倍壓輸入的情況。利用TNY267P的欠壓檢測(cè)、自動(dòng)重啟動(dòng)和高頻開關(guān)特性，允許使用體積較小、價(jià)格較低的EE22型高頻變壓器磁芯。TNY267P芯片采用的是DIP 8封裝形式，它能濾除因輸出濾波電容緩慢放電而引起自動(dòng)重啟動(dòng)時(shí)，在輸出電壓波形上形成的毛刺。當(dāng)輸入電壓低于欠壓值時(shí)，TNY267P就自動(dòng)關(guān)斷，起到保護(hù)作用；;僅當(dāng)輸入電壓高于欠壓閾值時(shí)才工作。R2、R3為欠壓閾值設(shè)定電阻。二者的總阻值選4MΩ時(shí)，欠壓閾值設(shè)定為直流200V，整流后的直流高壓UI必須高于200V時(shí)，才能開啟電源。而一旦開啟電源，就將持續(xù)工作，直到UI降至140V才關(guān)機(jī)。這種滯后式關(guān)機(jī)的特性，可為待機(jī)電源提供所需的保持(Holdup)時(shí)間。

圖2： 15W的PC機(jī)待機(jī)電源電路

初級(jí)一側(cè)的輔助繞組經(jīng)VD2、C2整流濾波后，獲得+12V輸出電壓，并通過(guò)R4給TNY267P供電。正常工作時(shí)TNY267P內(nèi)部漏極驅(qū)動(dòng)的電流源也停止對(duì)外部旁路電容充電，以減少其間的靜態(tài)損耗。選R4=10kΩ時(shí)，可為旁路端提供640μA的電流，這略高于TNY267P的損耗電流，超出部分將被芯片內(nèi)部的穩(wěn)壓管鉗位在6.3V的安全電壓上。字串6次級(jí)輸出經(jīng)VD3、C6和C7進(jìn)行整流濾波。L與C8構(gòu)成后級(jí)濾波器，主要用來(lái)濾