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TNY256型單片機開關電源及其應用
摘要: TNY256控制方式簡單,。采用開/關控制器來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的PWM脈寬調(diào)制器對輸出電壓進行調(diào)節(jié),,開關控制器可等效為脈沖頻率調(diào)制器(PFM),其調(diào)節(jié)速度更快,,對紋波的抑制能力也更強,。
Abstract:
Key words :

  1 TNY256的性能特點

  ·內(nèi)置自動重啟電路,,不需外接元件,一旦發(fā)生輸出短路或控制環(huán)開路故障,,可將占空比降低以保護芯片,。

 

  ·在輸入直流高壓電路中,不需要使用瞬態(tài)電壓抑制器構成的鉗位保護電路,,僅用簡單的RC吸收回路即可衰減視頻噪聲。

  ·輸入欠壓檢測電路僅需外接1只電阻,,目的是在上電時將片內(nèi)的功率MOSFET關斷,,直到直流輸入電壓VI達到欠壓保護門限電壓(100V)為止;正常工作后若VI突然降低,,對芯片也能起到保護作用,。

  ·開關頻率抖動可降低電磁輻射。

  ·輸入電壓范圍寬(85~265VAC或120~375VDC)且交,、直流兩用,。效率高,265VAC輸入時的空載功耗低于100mW,。

  ·控制方式簡單,。采用開/關控制器來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的PWM脈寬調(diào)制器對輸出電壓進行調(diào)節(jié),開關控制器可等效為脈沖頻率調(diào)制器(PFM),,其調(diào)節(jié)速度更快,,對紋波的抑制能力也更強,。

  ·外圍電路簡單,可選用低成本的外圍元件,。無論在啟動時還是正常工作時,,芯片所消耗的能量均由漏極電源提供,無需再加反饋繞組及相關電路,,也不用回路補償,。

  ·利用使能端可從部關斷功率MOSFET,采用跳過時鐘周期的方式來調(diào)節(jié)負載電壓,,并且在快速上電時輸出電壓無過沖現(xiàn)象,,掉電時,功率MOSFET也不會出現(xiàn)頻率倍增現(xiàn)象,。

  ·高效,、小功率輸出,適合構成0~16W的小功率,、低成本開關電源,。

  2 TNY256的封裝及引腳功能

  TNY256的三種封裝形式如圖1所示。該器件實際上只有4個有效引腳,,D,、S分別為功率MOSFET的漏極和源極;同時S也是控制電路的公共端,。BP(BYPASS)為旁路端,,該端與地(S極)間需接一只0.1μF的旁路電容器,通過漏極和內(nèi)部電路產(chǎn)生5.8V的電源電壓給該芯片供電,。EN/UV為使能/欠壓端,,正常工作時由此端控制內(nèi)部功率MOS管的通斷,當IEN≥50μA時,,MOSFET關斷,,該端還可用于輸入欠壓檢測,具體方法是將EN/UV端經(jīng)一只2MΩ的電阻器接VI,。

TNY256的三種封裝形式

  3 TNY256的工作原理

  TNY256內(nèi)含一個700V功率MOSFET開關管和一個電源控制器,,與傳統(tǒng)的PWM脈寬調(diào)制控制方式不同,該器件采用簡單的開/關控制來調(diào)節(jié)輸出電壓使之穩(wěn)定,。TNY256的內(nèi)部結構如圖2所示,,主要包括振蕩器、使能輸入,、5.8V穩(wěn)壓器,、BP腳欠壓保護電路、過熱保護電路,、過流保護電路,、自動重啟動計數(shù)器,、輸入欠壓檢測電路、700V功率MOSFET,。

TNY256的內(nèi)部結構

  3.1 振蕩器

  TNY256內(nèi)部有完整的振蕩電路,,無需外接阻容元件。內(nèi)部振蕩器的典型頻率設為130kHz,,振蕩器將產(chǎn)生兩個信號:一個是最大占空比信號DCMAX,,另一個是時鐘信號CLOCK,作為每個周期的起始信號,。振蕩器還具有頻率抖動功能,,頻率抖動的典型值為5kHz,頻率抖動的調(diào)制頻率設為1kHz,,以便最大限度地降低EMI,。

  3.2 使能輸入

  和EN/UV相連的使能輸入電路包含一個低阻抗的源極輸出器,設定其輸出為1.5V,。流過源極輸出器的電流被限制為50μA,,并有10μA的滯后特性。當從EN/UV引腳流出的電流超過50μA時,,使能電路的輸出端產(chǎn)生一個低電平將功率MOSFET關斷,。在每個時鐘信號的上升沿(即每個周期的開始時刻),要對使能檢測電路的輸出進行取樣,,如為高電平,,則功率MOSFET導通,如為低電平,,則功率MOSFET截止,。

  3.3 5.8V穩(wěn)壓器

  該穩(wěn)壓器的輸入端接MOSFET的漏極,輸出端接0.1μF的旁路電容器CBP,。當MOSFET截止時,,5.8V穩(wěn)壓器對CBP充電,使VBP=5.8V,當MOSFET導通時,,改由CBP上儲存的電能向芯片供電,CBP除用來存儲電能外,,還兼有高頻退耦的作用,。

  
  3.4 BP腳欠壓保護電路

  當VI下降而導致BP腳電壓低于5.1V時,功率MOSFET將被關斷,,起到輸入欠壓保護的作用,。直到BP腳電壓恢復到5.8V,MOSFET才能正常工作,。

  3.5 過熱保護電路

  芯片閾值結溫設定為135℃,,并有70℃的滯回特性,,一旦芯片結溫超過135℃,立即關斷功率MOSFET,,使芯片溫度降低,。

  3.6 過流保護電路

  當流過功率MOSFET中的電流超過極限電流ILIMTT時,該電路將關斷功率MOSFET,。

  為了防止因初級電容器或次級超快恢復二極管在反向恢復時間內(nèi)產(chǎn)生類峰電壓,,而造成功率MOSFET誤關斷,專門設置了前沿閉鎖電路,。它能在功率MOSFET則導通的短時間(tLED)內(nèi)將過流比較器輸出的尖峰電壓封鎖掉,,可避免功率MOSFET在剛導通后又被類峰電壓關斷而產(chǎn)生誤動作。

  3.7 自動重啟計數(shù)據(jù)

  當電路發(fā)生輸出過載,、輸出短路或控制環(huán)開路等故障時,,TNY256進入自動重啟工作狀態(tài)。當EN/UV腳變?yōu)榈碗娖綍r,,內(nèi)部計數(shù)器被復位,。如在32ms內(nèi)EN/UV腳沒有變?yōu)榈碗娖剑谡G闆r下功率MOSFET將會停止工作128ms(如在欠壓情況下,,它會一直停止工作直到欠壓消除),。在故障沒有排除之前,自動重啟計數(shù)器將交替代功率MOSFET工作和不工作,。

  3.8 輸入欠壓檢測電路

  將一外接電阻器(2MΩ)連接在VI和EN/UV腳即可監(jiān)視輸入電壓,,在上電時將功率MOSFET關斷,直到直流輸入電壓V1達到欠壓保護閾值(100V)為止,;正常工作后如VI突然降低,,也會將功率MOSFET關斷,起到保護作用,。在自動重啟狀態(tài)下功率MOSFET將停止工作,,此時哪存在欠壓條件,自動重啟動計數(shù)器將停止計數(shù),。

  如EN/UV腳未接外部電阻器,,則輸入欠壓檢測功能將被禁止。

  4 TNY256的典型應用

  由TNY256組成的5.5W,、9VDC電源適配器電路如圖3所示,,交流輸入電壓范圍為85~265V。圖中U2為光磁耦合器SFH615-2,,U3為可調(diào)式并聯(lián)精密穩(wěn)壓器TL431CLP,,F(xiàn)1為保險絲電阻器。85~265V交流電經(jīng)過D1~D4橋式整流和C1,、C2濾波后,,得到約300V的直流高壓VI,。鑒于在功率MOSFET關斷瞬間,脈沖變壓器的漏感會產(chǎn)生尖峰電壓,,因此,,由電阻器R3、C3和超快恢復二極管D5(1N4937)組成的功率MOSFET漏極鉗位保護電路,,可有效抑制漏極上的反向峰值電壓,,從而保護TNY256內(nèi)的功率MOSFET不受損壞。C3選用10000pF/1kV的高壓陶瓷電容器,。

由TNY256組成的5

  次級電壓通過D6,、C6、C7,、L3和C8整充濾波后,,得到9V、0.6A的直流輸出,。D4采用MBR360的肖特基二極管,。為了抑制初、次級之間的共模干擾,,在初,、次級的同名端還并聯(lián)一只2200pF/2kV的高壓陶瓷電容C5。輸出電壓由精密電阻R7,、R8決定,,電阻R9為TL431的限流電阻。

  5 TNY256的使用注意事項

  TNY256在中等負載或輕負載下工作時會跳過一些時鐘周期,,這容易使高頻變壓器產(chǎn)生音頻噪聲干擾,。為減小此干擾,宜選磁通密度小于0.3T的磁芯材料,。此外,,最好用TVS二極管和陶瓷電容構成的漏極箝位保護電路來衰減視頻噪聲。

  使用TNY256系列時推薦的一種印制板設計如圖4所示,。

TNY256系列時推薦的一種印制板設計

  設計時需注意以下幾點:

  ·連接輸入濾波電容器,、高頻變壓器初級如TNY256回路的覆銅面積應盡量小。

  ·DIP-8封裝的TNY256系列電路是靠覆銅接地來散熱的,,圖中打斜線的面積要足夠大,,確保散熱良好。

  ·安全電容器要直接焊接在初級接地端和次級返回端之間,。

  ·連接次級線圈、輸出級整流管和濾波電容器的回路面積應盡量小,,但整流管焊盤附近的覆銅要足夠大,,以確保散熱良好,。

  ·為減小耦合噪聲,光耦晶體管到EN/UV腳和源極S腳的布線要盡可能短,。欠壓檢測電阻器要盡可能靠近EN/UV腳,。

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