TNY256型單片機(jī)開關(guān)電源及其應(yīng)用

時(shí)間：2006-01-15 11:42:00

關(guān)鍵字：單片機(jī) 開關(guān)電源功率MOSFET BSP

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[導(dǎo)讀]單片開關(guān)電源具有性價(jià)比高、外圍電路簡(jiǎn)單、效率高、功耗低等顯著特點(diǎn)，文中介紹了TNY256的性能特點(diǎn)、工作原理，并給出了TNY256的典型應(yīng)用電路。

摘要：單片開關(guān)電源具有性價(jià)比高、外圍電路簡(jiǎn)單、效率高、功耗低等顯著特點(diǎn)，文中介紹了TNY256的性能特點(diǎn)、工作原理，并給出了TNY256的典型應(yīng)用電路。

關(guān)鍵詞：單片開關(guān)電源 TNY256 自動(dòng)重啟計(jì)數(shù)器 功率MOSFET

1 TNY256的性能特點(diǎn)

·內(nèi)置自動(dòng)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(hù)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(hù)電路，僅用簡(jiǎn)單的RC吸收回路即可衰減視頻噪聲。

·輸入欠壓檢測(cè)電路僅需外接1只電阻，目的是在上電時(shí)將片內(nèi)的功率MOSFET關(guān)斷，直到直流輸入電壓VI達(dá)到欠壓保護(hù)門限電壓（100V）為止；正常工作后若VI突然降低，對(duì)芯片也能起到保護(hù)作用。

·開關(guān)頻率抖動(dòng)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(shí)的空載功耗低于100mW。

·控制方式簡(jiǎn)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(duì)輸出電壓進(jìn)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(duì)紋波的抑制能力也更強(qiáng)。

·外圍電路簡(jiǎn)單，可選用低成本的外圍元件。無論在啟動(dòng)時(shí)還是正常工作時(shí)，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(bǔ)償。

·利用使能端可從部關(guān)斷功率MOSFET，采用跳過時(shí)鐘周期的方式來調(diào)節(jié)負(fù)載電壓，并且在快速上電時(shí)輸出電壓無過沖現(xiàn)象，掉電時(shí)，功率MOSFET也不會(huì)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(shí)際上只有4個(gè)有效引腳，D、S分別為功率MOSFET的漏極和源極；同時(shí)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(shí)由此端控制內(nèi)部功率MOS管的通斷，當(dāng)IEN≥50μA時(shí)，MOSFET關(guān)斷，該端還可用于輸入欠壓檢測(cè)，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(gè)700V功率MOSFET開關(guān)管和一個(gè)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(jiǎn)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(hù)電路、過熱保護(hù)電路、過流保護(hù)電路、自動(dòng)重啟動(dòng)計(jì)數(shù)器、輸入欠壓檢測(cè)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(gè)信號(hào)：一個(gè)是最大占空比信號(hào)DCMAX，另一個(gè)是時(shí)鐘信號(hào)CLOCK，作為每個(gè)周期的起始信號(hào)。振蕩器還具有頻率抖動(dòng)功能，頻率抖動(dòng)的典型值為5kHz，頻率抖動(dòng)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(gè)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(shí)，使能電路的輸出端產(chǎn)生一個(gè)低電平將功率MOSFET關(guān)斷。在每個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的上升沿（即每個(gè)周期的開始時(shí)刻），要對(duì)使能檢測(cè)電路的輸出進(jìn)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(shí)，5.8V穩(wěn)壓器對(duì)CBP充電,使VBP=5.8V，當(dāng)MOSFET導(dǎo)通時(shí)，改由CBP上儲(chǔ)存的電能向芯片供電，CBP除用來存儲(chǔ)電能外，還兼有高頻退耦的作用。

3．4 BP腳欠壓保護(hù)電路

當(dāng)VI下降而導(dǎo)致BP腳電壓低于5.1V時(shí)，功率MOSFET將被關(guān)斷，起到輸入欠壓保護(hù)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(hù)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(hù)電路

當(dāng)流過功率MOSFET中的電流超過極限電流ILIMTT時(shí)，該電路將關(guān)斷功率MOSFET。

為了防止因初級(jí)電容器或次級(jí)超快恢復(fù)二極管在反向恢復(fù)時(shí)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(shí)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(dòng)作。

3．7 自動(dòng)重啟計(jì)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(shí)，TNY256進(jìn)入自動(dòng)重啟工作狀態(tài)。當(dāng)EN/UV腳變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，內(nèi)部計(jì)數(shù)器被復(fù)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(huì)停止工作128ms(如在欠壓情況下，它會(huì)一直停止工作直到欠壓消除)。在故障沒有排除之前，自動(dòng)重啟計(jì)數(shù)器將交替代功率MOSFET工作和不工作。

3．8 輸入欠壓檢測(cè)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(shí)將功率MOSFET關(guān)斷，直到直流輸入電壓V1達(dá)到欠壓保護(hù)閾值（100V）為止；正常工作后如VI突然降低，也會(huì)將功率MOSFET關(guān)斷，起到保護(hù)作用。在自動(dòng)重啟狀態(tài)下功率MOSFET將停止工作，此時(shí)哪存在欠壓條件，自動(dòng)重啟動(dòng)計(jì)數(shù)器將停止計(jì)數(shù)。

圖3

如EN/UV腳未接外部電阻器，則輸入欠壓檢測(cè)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(xiǎn)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(huì)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(hù)電路，可有效抑制漏極上的反向峰值電壓，從而保護(hù)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(jí)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(jí)之間的共模干擾，在初、次級(jí)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(xiàng)

TNY256在中等負(fù)載或輕負(fù)載下工作時(shí)會(huì)跳過一些時(shí)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(hù)電路來衰減視頻噪聲。

使用NTY256系列時(shí)推薦的一種印制板設(shè)計(jì)如圖4所示。