使用TinySwitch II實現開關電源優化的電路設計
使用TinySwitch II便于實現開關電源的優化設計。由于其開關頻率提高到132kHz,因此高頻變壓器允許采用EE13或EF12.6小型化磁芯,并達到很高的電源效率。TinySwitch II具有頻率抖動特性,僅用一只電感(在輸出功率小于3W或可接受的較低效率時,還可用兩個小電阻)和兩只電容,即可進行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,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仍能輸出電流,因此可大大簡化充電器的電路設計。對于需要欠壓保護的應用領域(如PC待機電源),也能節省元件數量。
本文引用地址:http://www.j9360.com/article/227282.htm1 TinySwitch II的典型應用
1.12.5W恒流/恒壓輸出式手機電池充電器
由TNY264(IC1)構成的2.5W(5V、0.5A)、交流寬范圍輸入的手機電池充電器電路,如圖1所示。RF為熔斷電阻器。85V~265V交流電經過VD1~VD4橋式整流,再通過由電感L1與C1、C2構成的π型濾波器,獲得直流高壓UI。R1為L1的阻尼電阻。利用TNY264的頻率抖動特性,允許使用簡單的濾波器和低價格的安全電容C8(Y電容)即可滿足抑制初、次級之間傳導式電磁干擾(EMI)的國際標準。即使發生輸出端容性負載接地的最不利情況下,通過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構成的鉗位保護電路,能將功率MOSFET關斷時加在漏極上的尖峰電壓限制在安全范圍以內。當輸出電流IO低于500mA時,電壓控制環工作,電流控制環則因晶體管VT截止而不起作用。此時,輸出電壓UO由光耦合器IC2(LTV817)中LED的正向壓降(UF≈1V)和穩壓管VDZ的穩壓值(UZ=3.9V)來共同設定,即UO=UF+UZ≈5V。電阻R8給穩壓管提供偏置電流,使VDZ的穩定電流IZ接近于典型值。次級電壓經VD5、C5、L2和C6整流濾波后,獲得+5V輸出電壓。
圖1: 2.5W恒壓/恒流式手機電池充電器
TinySwitch II的開關頻率較高,在輸出整流管VD5關斷后的反向恢復過程中,會產生開關噪聲,容易損壞整流管。雖然在VD5兩端并上由阻容元件串聯而成的RC吸收電路,能對開關噪聲起到一定的抑制作用,但效果仍不理想,況且在電阻上還會造成功率損耗。解決的辦法是在次級整流濾波器上串聯一只磁珠。
磁珠(Magneticbead)是近年來問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,內穿一根導線而制成的小電感。常見磁珠的外形尺寸有Φ2.5×3(mm)、Φ2.5×8(mm)、Φ3×5(mm)等多種規格。供單片開關電源使用的磁珠,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生了的噪聲,屬于被動抑制型;磁珠的作用則不同,它能抑制開關噪聲的產生,因此屬于主動抑制型,這是二者的根本區別。磁珠可廣泛用于高頻開關電源、錄像機、電子測量儀器、以及各種對噪聲要求非常嚴格的電路中。圖1中的濾波電感L2,就選用3.3μH的磁珠,可濾除VD5在反向恢復過程中產生的開關噪聲。
由晶體管VT、電流檢測電阻R4和光耦合器IC2組成電流控制環。當輸出電流IO接近于500mA時,由于R4上的壓降升高,使晶體管VT的發射極電壓 UBE也隨之升高,VT進入放大區,此時電流控制環開始起作用,輸出呈恒流特性。即使輸出端發生短路故障,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機待機電源電路字串6
一種輸出功率為15W的PC機待機電源電路如圖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。總輸出功率為 15.24W,電源效率高于78%。電路中采用兩片集成電路:TNY267P型微型單片開關電源(IC1),SFH615 2型線性光耦合器(IC2)。直流輸入電壓為140V~375V,這對應于交流輸入電壓為230V±15%或者110/115V倍壓輸入的情況。利用TNY267P的欠壓檢測、自動重啟動和高頻開關特性,允許使用體積較小、價格較低的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重啟動時,在輸出電壓波形上形成的毛刺。當輸入電壓低于欠壓值時,TNY267P就自動關斷,起到保護作用;;僅當輸入電壓高于欠壓閾值時才工作。R2、R3為欠壓閾值設定電阻。二者的總阻值選4MΩ時,欠壓閾值設定為直流200V,整流后的直流高壓UI必須高于200V時,才能開啟電源。而一旦開啟電源,就將持續工作,直到UI降至140V才關機。這種滯后式關機的特性,可為待機電源提供所需的保持(Holdup)時間。
圖2: 15W的PC機待機電源電路
初級一側的輔助繞組經VD2、C2整流濾波后,獲得+12V輸出電壓,并通過R4給TNY267P供電。正常工作時TNY267P內部漏極驅動的電流源也停止對外部旁路電容充電,以減少其間的靜態損耗。選R4=10kΩ時,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部的穩壓管鉗位在6.3V的安全電壓上。字串6次級輸出經VD3、C6和C7進行整流濾波。L與C8構成后級濾波器,主要用來濾
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