TinySwitch II系列第二代微型單片開關電源的原理
(3)將TinySwitch的使能端(EN)改為雙功能引出
端“使能/欠壓端”(EN/UV)。正常工作時由此端控制內部功率MOSFET的通斷,該端還可用于輸入欠壓檢測信號。另外,在旁路端(BP)內部還增加了6.3V的鉗位保護電路。
(4)新增加了開關頻率抖動(frequencyjittering)
功能,能濾除浸過清漆的普通高頻變壓器產生的音頻噪聲,并防止電源的開關噪聲,還能快速上電而無過沖現象。TinySwitch?II的開/關控制器的調節速度比一般的脈寬調制器(PWM)更快,對紋波的抑制能力更佳。
(5)功率MOSFET漏極的極限電流ILIMIT的容
許偏差小。例如TNY264P/G的容許偏差僅為250±17mA,相對偏差減小到(±17/250)%=±6.8%;而TNY254P/G的容差為255±25mA,相對偏差達(±25/255)%=±9.8%。這表明,用TNY264P/G代替TNY254P/G來設計開關電源時,由于TNY264P/G不需要留出過多的極限電流余量,因此在相同輸入功率/輸出電壓的條件下,輸出功率要高于TNY254P/G,并且能降低外圍元件的成本。
1.3TinySwitch?II與TinySwich的性能比較
TinySwitch?II與TinySwich系列產品的性能比較見表2。
2.1管腳功能
TinySwitch?II系列產品的引腳排列如圖1所示,它采用雙列直插式封裝(DIP?8B)或表面貼片式封裝(SMD?8B),但實際引出端只有7個。由于第6腳未引出,從而增加了漏極與源極的安全距離。考慮到它有4個源極端S,故等效于四端器件。4個源極被劃分成兩組:兩個S端需接控制電路的公共端,兩個S(HVRTN)端則接高壓返回端,它們都與內部MOSFET的源極連通。D為內部功率MOSFET的漏極引出端,為啟動和穩定工作提供了內部工作電流。BP為旁路端,接外部0.1μF的旁路電容。正常工作時,由EN/UV端來控制內部功率MOSFET的通斷。超載時,從EN/UV端流出的電流大于240μA,強迫功率MOSEFT關斷。若該端經一只2MΩ電阻接輸入直流高壓UI,即可對UI進行欠壓檢測,不接電阻時無此項功能。
圖2TinySwitch?II的功能框圖
圖3頻率抖動的波形
2.2工作原理
TinySwitch?II內部集成了一個耐壓為700V的功率MOSFET和一個開/關控制器。與傳統的PWM控制器不同,它采用一個簡單的開/關控制器來調節輸出電壓。其功能框圖如圖2所示。主要包括振蕩器,5.8V穩壓器,旁路端鉗位用的6.3V穩壓管,使能檢測與邏輯電路,極限電流狀態機,欠壓、過流及過熱保護電路,自動重啟動計數器。此外,EN/UV的內部電路中還增加了一個源極跟隨器。由圖2可見,能夠控制MOSFET關斷的電路有以下幾種:BP端欠壓比較器,過流比較器,過熱保護電路,前沿閉鎖電路,最大占空比信號Dmax,EN/UV控制端。它們之間呈“邏輯或”的關系,任何一路均可單獨將MOSFET關斷。
TinySwitch?II一般工作在極限電流的模式下。啟動時,在每個時鐘周期開始時刻,TinySwitch?II對EN/UV端進行取樣,再根據取樣結果來決定是否跳過周期以及跳過多少個周期,同時確定適當的極限電流閾值。當漏極電流ID逐漸升高并達到ILIMIT值或者占空比達到最大值Dmax時,使MOSFET關斷。滿載時TinySwitch?II在大部分周期內導通;中等負載時則要跳過一部分周期并開始降低ILIMIT值,以維持輸出電壓穩定。輕載或空載時,則幾乎要跳過所有周期,并且進一步降低ILIMIT值,使功率MOSFET僅在很少時間內導通,以維持電源正常工作所必須的能量。
EN/UV端一般由光耦合器驅動。光耦合器中接收管的集電極連到EN/UV端,發射極則接源極。光耦合器與穩壓管串聯在穩壓輸出端,輸出電壓UO就等于光耦合器內部發光二極管(LED)正向壓降UF與穩壓管穩定電壓UZ之和。當UO↑時,LED開始導通,將EN/UV腳電壓置成低電平,使功率MOSEFT關斷,通過減小占空比來使UO↓,最終達到穩壓目的。為改善穩壓性能,亦可用可調式精密并聯穩壓器TL431來代替普通的穩壓管。
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