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1 引 言 中大功率開關電源在市場上占有較大份額，然而小功率開關電源在很多場合，例如在待機電源中是必不可少的。TinySwitch特別適用于為用戶提供10W以下的隔離型開關電源。 十多年以前以為用UC3842和MOSFET制作的分離元件開關電源，線路已較為簡單，但與其相比，TopSwitch制作的開關電源電路更加簡單。由于它們同樣是采用固定頻率PWM方式，其開關損耗幾乎與負載無關，導致輕載時電源效率明顯降低。而采用TinySwitch除電路非常簡單外，同時還具有高效率、低成本的顯著特點。 2 Tiny Switch（253/254/255系列）簡介 Tiny Switch把控制IC和功率MOSFET集成在一起，實際上只需四個功能引腳。 （1）TinySwitch各引腳功能 漏極（D）:功率MOSFET漏極，為起動和穩態工作提供工作電流。 旁路（BP）：內接5.8V穩壓器，外接濾波電容。正常工作時，旁路電容在TinySwitch中MOSFET導通期間為控制電路提供能量。 使能（EN）：功率MOSFET是否導通控制端。正常工作情況，EN端為高電平時，MOSFET導通；EN端為低電平時，MOSFET關斷。 源極（S）：功率MOSFET源極。 （2）TinySwitch器件的突出特點 內置芯片供電電源，省去外加輔助電源，可使輸出電壓不影響電路工作。 控制方式采用逐周電流限制方式，可減小電流紋波。?跳周期?的工作方式通過改變有效的工作頻率，使開關損耗與負載呈線性比例，從而使不同負載情況下，電源均具有較高效率。 內置過熱保護電路之超溫閉鎖功能，確保開關電源安全工作。 3 TinySwitch的特性 (1)TinySwitch控制方式 TinySwitch功能框圖如圖1所示。 芯片正常工作時，TinySwitch內部振蕩器周期性起動MOSFET，每個周期內，由限流電路檢測MOSFET的電流，并將其與門限值比較，當其超過門限(ILIMIT）時，功率MOSFET在此周期剩余時間內關斷。也就是說，當TinySwitch正常工作時，由限流電路對MOSFET進行逐周電流限制，以決定功率MOSFET在每個周期內的最大導通時間（tmax）。需要注意的問題是：MOSFET的電流是否會在tmax時間內達到門限（ILIMIT）呢？這一點只要在電源設計時，選擇的TinySwitch器件在最低的輸入電壓時滿足功率要求，經計算得出的變壓器初級電感便可使電流在tmax限制時間內逐漸升至門限值ILIMIT）。 TinySwitch內部限流電路的門限值（ILIMIT）為常數,內部振蕩器把MOSFET的開關頻率設定為常數，由于TinySwitch的門限值和頻率均為常數，利用其進行隔離型電源設計，次級的（最大）輸出功率亦為常數。 (2)TinySwitch工作模式 反激式開關電源的輸出功率與門限值、變壓器初級電感和開關頻率相關，即 那么，輸出功率一定的TinySwitch芯片是如何工作來滿足不同負載要求的呢？分析式（1），再結合芯片特點，即可以得出結論。由于TinySwitch門限值和變壓器初級電感均為常數，那么若想改變輸出功率P，只能著眼于開關頻率f，TinySwitch采用?跳周期?的工作方式，正是以改變功率MOSFET有效的開關頻率，以實現不同的功率輸出。 在分析TinySwitch是如何?跳周期?時，先了解一下芯片的EN引腳。參照圖1，使能引腳電路中有一個設定為1.5V的源極跟隨輸入。輸入電流被10μA滯回的電流源箝位。在振蕩器時鐘信號（每個周期之始）的上升沿，對使能檢測電路的輸出取樣，若為高電平，此周期接通功率MOSFET，否則功率MOSFET在相應周期保持截止，即跳過該工作周期，由于對EN引腳取樣僅在每個周期之始進行一次，周期中使能引腳上的其它變化可不予考慮。這樣，可以通過EN端電平的不同對芯片進行開/關控制。 于是，可以通過控制TinySwitch開/關頻率來獲得不同的次級輸出功率。滿載時，讓inySwitch在大部分時鐘周期導通；不足滿載時，TinySwitch將?跳過?更多周期以保持次級輸出電壓穩定；在輕載或空載時，幾乎跳過所有周期，只有一小部分周期導通以供給電源的功率消耗。不同負載工作情況的波形見圖2。 
（a）TinySwitch重負載工作
（b）TinySwitch中負載工作
（c）TinySwitch輕負載工作 由于在不同輸出功率情況下，有效開關頻率不同，使得輸出功率不同，開關損耗也就不同。TinySwitch的開關損耗幾乎與輸出功率成線性比例，使得電源在各種輸出功率時都具有較高的效率。這是采用PWM方式開關模式電源（SMPS）望塵莫及的。應用TinySwitch進行設計的電源效率與一般開關模式電源的比較見圖3。 TinySwitch在跳周期時，振蕩器頻率通常加倍（TNY255仍將保持130kHz）。這增加了使能引腳取樣率，使環路響應速度更快，對保證輸出電壓的穩定性非常有利。 (3)TinySwitch超溫閉鎖功能 參見圖1，TinySwitch內設熱關斷電路可檢測管芯結溫。熱關斷電路的門限為135℃，70℃滯回，當結溫上升至超過門限時（135℃），熱關斷電路關斷功率MOSFET，直到管芯結溫下降到70℃時才會令其重新導通。 4 TinySwitch的典型應用?隔離型待機電源 用TinySwitch實現的小功率隔離型開關電源，體積小、成本低、設計電路簡單，其典型應用如圖4所示。 圖4為TinySwitch與反激式離線變換電路相結合實現高壓DC輸入的小功率DC電源。通過在次級將輸出電壓與一個參考電壓相比較產生使能信號。參考電壓取決于一個光耦發光二極管與一個齊納二極管之和。當輸出電壓低于參考電壓時，使能信號為高電平，控制Tinyn Switch之MOSFET導通，為變壓器初級提供通路，向次級供電。當輸出電壓超過參考電壓時，光耦二極管導通，將使能腳置低電平，使相應周期MOSFET關斷，即MOSFET跳周期，從而保持輸出電壓穩定。 TinySwitch雖然工作于?跳周期?方式，但一旦一個周期開始，MOSFET總會完成整個周期，如此的工作方式使輸出電壓紋波由輸出電容、每個開關周期的能量和使能反饋的延時決定。TinySwitch通/斷控制電路的響應時間與一般的PWM控制相比非常迅速，這使得線路具有很好的紋波抑制性能和瞬間響應性能。 利用TinySwitch進行電源設計的另一個好處是不需要輔助電源，參見圖4與圖1，當MOSFET關斷時，5.8V穩壓器通過來自漏極的電流將連接到旁路引腳上的旁路電容充電至5.8V，當MOSFET導通，TinySwitch消耗存儲在旁路電容上的能量，TinySwitch內部電路的功耗極低，使其能利用來自漏極引腳的電流連續工作。選取0.1μF的旁路電容已足以實現對高頻去耦和能量存儲。 5 應用舉例 移動電話充電器 不需要輔助電源的特點，使TinySwitch特別適于做移動電話充電器。由于TinySwitch總是由輸入高壓供電，因而不需要偏置繞組。圖5顯示了一個使用TNY254的5.2V、3.6W移動電話充電器電路，在市電輸入電壓范圍內（85V至256V）提供恒定電壓和電流輸出。交流輸入經V1～V4、C1～C2整流濾波，產生與TYN254內高壓MOSFET串聯的高壓直流總線。電感L1與C1和C2一起構成?型濾波器。電阻R1用于衰減電感L1的諧振。TNY254的低工作頻率（44kHz）使其可以采用如上述簡單的?型濾波器與一個電容C8組合來滿足傳導EMI標準。V6、C4和R2組成箝位電路，將TinySwitch漏極引腳關斷電壓尖峰限制在安全值范圍內。次級繞組經V5和C5整流濾波提供5.2V輸出。L2和C6一起提供輔助濾波。輸出電壓由光耦V7的發光二極管的管壓降（約1V）和齊納二極管V9的電壓之和確定。電阻R8提供齊納二級管的偏置電流來改善電壓容差。用晶體管V8的UBE來檢測通過電流檢測電阻R4上的電壓，R3是一個基準電流限制電阻。當R4上的壓降超過晶體管V8的UBE時V8導通，并驅動光耦V7來取代環路控制。R6產生額外的壓降，使得控制環路工作輸出降至0V。由于輸出短路，R4和R6上的壓降足以保持V8和V7電路工作。電阻R7和R9限制了在輸出短路時，由R4和R6上的壓降產生的通過V9流入V8的正向電流。 |
