原创 TinySwitch Ⅱ及其在待机电源中的应用

图1　引脚配置图

　　漏极(D)引脚　　功率MOSFET的漏极输出引脚,为启动和稳态工作提供内部工作电流;
　　旁路（BP）引脚　　该端与地（S极）之间需接一只0.1μF的旁路电容;
　　使能/欠压(EN/UV)引脚　　此引脚具有输入使能和输入欠压检测两个功能,正常工作时,通过此引脚可控制功率MOEFET的通断（当该脚的电流大于240μA时将功率MOSFET关断）,此引脚还通过与输入直流高电压相连的外部电阻来检测欠压情况,若该引脚没有与外部电阻相连,则没有输入欠压功能;
　　源极（S）引脚　　控制电路的公用点,连接到内部MOSFET的源极,4个源极在内部是相连通的,它们被划分成两组,其中2个S端须接控制电路的公共端,另2个S（HVRTN）端则接高压返回端,其典型应用电路如图2所示。

图2　典 型 应 用 电 路

工作原理
　　图3为TinySwitch-Ⅱ的功能框图。其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,它使用一简单的开/关控制器来稳定输出电压。振荡器的频率为132kHz,振荡器中还增加了频率抖动电路,抖动量为±4kHz,该功能使EMI的均值和准峰值噪声均较低。

图3　功 能 框 图

　　TinySwitch-Ⅱ通常是工作在极限电流的模式下。启动时,它在每个时钟周期的起始对EN/UV引脚信号取样,然后根据取样结果决定是否跳过周期或跳过多少个周期,同时确定适当的极限电流阈值。当漏极电流I_D逐渐升高并达到I_LIMIT值或占空比达到最大值D_maxx时,使功率MOSFET关断。满载时TinySwitch-Ⅱ在大部分周期内导通,中等负载时则要跳过一部分周期并开始降低I_LIMIT值,以维持输出电压稳定,轻载或空载时,则几乎要跳过所有周期并且进一步降低I_LIMIT值,使功率MOSFET仅在很短时间内导通,以维持电源正常工作所必需的能量。这本质上是引入了PFM调制的原理。另外,在轻负载状态下,当开关频率有可能进入音频范围内时,流限状态调节器以非连续方式降低流限,较低的流限值使得开关频率保持在音频以上,降低了变压器的磁通密度从而减轻了音频噪声。
　　EN/UV引脚的使能电路包含一个输出设定为1.0V的低阻抗源级跟随电路,流经该电路的电流被限制在240μA,当流出此引脚的电流超过240μA时,使能电路的输出端会产生逻辑低（禁止）。连接在直流电源和EN/UV引脚间的外接电阻可用于监测直流输入电压,当电压低于设定值时,欠压检测电路就将旁路端电压UBP从正常值5.8V降至4.8V,强迫功率MOSFET关断,起到保护作用;当输出MOSFET关断时,5.8V稳压器通过漏极电压抽取电流将旁路引脚上连接的旁路电容充电至5.8V,当MOSFET导通时,TinySwitch-Ⅱ消耗存储在旁路电容中的能量;另外,TinySwitch-Ⅱ中还有一个6.3V并联稳压器,当电流经外部电阻注入旁路引脚时,稳压器将旁路引脚电压箝位在6.3V,这样能方便地通过偏置绕组对TinySwitch-Ⅱ外部供电,将空载功耗降至约50mW。
　　当发生输出过载,输出短路或开环故障时,TinySwitch-Ⅱ能自动重启动,直至排除故障后转入正常工作状态;极限电流检测电路用来检测功率MOSFET的漏极电流是否达到极限值,在每个开关周期内当电流达到极限电流ILIMIT时功率MOSFET就在此周期的剩余时间内关断;TinySwitch-Ⅱ的旁路引脚上仅需0.1μF的电容,由于电容小,充电时间极短,一般为0.6ms,因此上电过程迅速且电源输出无过冲。当EN/UV引脚和直流输入的正极间接了外部电阻（2MΩ）时,上电期间功率MOSFET的开关将被延迟到直流电压超过门限值（100V）以后。断电时,如果使用了外接电阻,功率MOSFET在输出失调后仍将继续开关50ms,该特性在用做待机电源时,使待机电源具有缓慢关断的特性。
5　　TinySwitch-Ⅱ在待机电源中的应用
　　图4是一基于TNY267P,功率为15W的PC机待机电源电路,该电路提供两路输出：主输出5V,3A和初级辅输出12V,20mA。输入电压范围为DC140～375V,132kHz的工作频率使得变压器磁芯可用EE22型,线路检测电阻R₂和R₃检测直流输入电压是否出现欠压。R₂和R₃组合的阻值为4MΩ,将上电时的欠压门限设为DC 200V,一旦开启电源,只要整流直流输入电压高于140V,它都将继续工作,直到降到低于140V才关机,这种设计方案可为待机电源提供所需的保持时间。辅助初级绕组生成12V输出电压供电源初级控制器使用,另外,此电压还用于通过R₄向TinySwitch-Ⅱ供电。从外部向TinySwitch-Ⅱ供电（尽管不是必须）,由于不再使用内部漏级驱动电流向旁路引脚电容C₃充电,从而能降低器件的静态功耗。R₄阻值为10kΩ,为旁路引脚提供600μA电流,比TinySwitch-Ⅱ的电流消耗略大,多余的电流由片内的稳压管安全地箝位在6.3V。次级绕组由D₃和C₆整流滤波,由于自动重启动功能限制短路输出电流,因而勿须使用更大的D₃,L₁和C₈实现开关噪声滤波。光耦U₂和VR₁用于5V的输出检测,R₅用以给稳压管提供偏置电流。由于TinySwitch-Ⅱ限制了光耦LED电流的动态范围,使稳压管能以接近恒定偏置电流工作,因而得以提供一般所需要的精度（大约±3％）。该电源效率高于78％。

图4　PC机待机电源电路