《電子技術(shù)應(yīng)用》
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SEPTNY256型單片機開關(guān)電源及其應(yīng)用
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摘要: 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(gòu)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(guān)斷,,直到直流輸入電壓VI達到欠壓保護門限電壓(100V)為止。
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(gòu)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(guān)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(guān)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(guān)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(guān)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(guān)電路,,也不用回路補償。
  ·利用使能端可從部關(guān)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(gòu)成0~16W的小功率,、低成本開關(guān)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(dāng)IEN≥50μA時,,MOSFET關(guān)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,。

3 TNY256的工作原理
  TNY256內(nèi)含一個700V功率MOSFET開關(guān)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(guān)控制來調(diào)節(jié)輸出電壓使之穩(wěn)定,。TNY256的內(nèi)部結(jié)構(gòu)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,。

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(shè)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(shè)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(shè)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(dāng)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(guān)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(dǎo)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(dāng)MOSFET截止時,5.8V穩(wěn)壓器對CBP充電,使VBP=5.8V,,當(dāng)MOSFET導(dǎo)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(dāng)VI下降而導(dǎo)致BP腳電壓低于5.1V時,功率MOSFET將被關(guān)斷,,起到輸入欠壓保護的作用,。直到BP腳電壓恢復(fù)到5.8V,MOSFET才能正常工作,。
  3.5 過熱保護電路
  芯片閾值結(jié)溫設(shè)定為135℃,,并有70℃的滯回特性,一旦芯片結(jié)溫超過135℃,,立即關(guān)斷功率MOSFET,,使芯片溫度降低。
  3.6 過流保護電路
  當(dāng)流過功率MOSFET中的電流超過極限電流ILIMTT時,,該電路將關(guān)斷功率MOSFET,。
  為了防止因初級電容器或次級超快恢復(fù)二極管在反向恢復(fù)時間內(nèi)產(chǎn)生類峰電壓,而造成功率MOSFET誤關(guān)斷,,專門設(shè)置了前沿閉鎖電路,。它能在功率MOSFET則導(dǎo)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(dǎo)通后又被類峰電壓關(guān)斷而產(chǎn)生誤動作,。
  3.7 自動重啟計數(shù)據(jù)
  當(dāng)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(dāng)EN/UV腳變?yōu)榈碗娖綍r,,內(nèi)部計數(shù)器被復(fù)位。如在32ms內(nèi)EN/UV腳沒有變?yōu)榈碗娖?,在正常情況下功率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(guān)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(guān)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(yīng)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(guān)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(fù)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,。

  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(gòu)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(shè)計如圖4所示,。

  設(shè)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(yīng)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(yīng)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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