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(guān)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(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(guān)斷,專門設(shè)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(guān)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(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。