使用TinySwitch II实现开关电源优化的电路设计

使用TinySwitch II便于实现开关电源的优化设计。由于其开关频率提高到132kHz，因此高频变压器允许采用EE13或EF12.6小型化磁芯，并达到很高的电源效率。TinySwitch II具有频率抖动特性，仅用一只电感(在输出功率小于3W或可接受的较低效率时，还可用两个小电阻)和两只电容，即可进行EMI滤波。即使在短路条件下，也不需要使用大功率整流管。做具有恒压/恒流特性的充电器时，TinySwitch II能直接从输入高压中获取能量，不需要反馈绕组，并且即使输出电压降到零时仍能输出电流，因此可大大简化充电器的电路设计。对于需要欠压保护的应用领域(如PC待机电源)，也能节省元件数量。

1 TinySwitch II的典型应用

1.12.5W恒流/恒压输出式手机电池充电器

由TNY264(IC1)构成的2.5W(5V、0.5A)、交流宽范围输入的手机电池充电器电路，如图1所示。RF为熔断电阻器。85V～265V交流电经过VD1～VD4桥式整流，再通过由电感L1与C1、C2构成的π型滤波器，获得直流高压UI。R1为L1的阻尼电阻。利用TNY264的频率抖动特性，允许使用简单的滤波器和低价格的安全电容C8(Y电容)即可满足抑制初、次级之间传导式电磁干扰(EMI)的国际标准。即使发生输出端容性负载接地的最不利情况下，通过给高频变压器增加屏蔽层，仍能有效抑制EMI。由二极管VD6、电容C3和电阻R2构成的钳位保护电路，能将功率MOSFET关断时加在漏极上的尖峰电压限制在安全范围以内。当输出电流IO低于500mA时，电压控制环工作，电流控制环则因晶体管VT截止而不起作用。此时，输出电压UO由光耦合器IC2(LTV817)中LED的正向压降(UF≈1V)和稳压管VDZ的稳压值(UZ=3.9V)来共同设定，即UO=UF+UZ≈5V。电阻R8给稳压管提供偏置电流，使VDZ的稳定电流IZ接近于典型值。次级电压经VD5、C5、L2和C6整流滤波后，获得+5V输出电压。

图1： 2.5W恒压/恒流式手机电池充电器

TinySwitch II的开关频率较高，在输出整流管VD5关断后的反向恢复过程中，会产生开关噪声，容易损坏整流管。虽然在VD5两端并上由阻容元件串联而成的RC吸收电路，能对开关噪声起到一定的抑制作用，但效果仍不理想，况且在电阻上还会造成功率损耗。解决的办法是在次级整流滤波器上串联一只磁珠。

磁珠(Magneticbead)是近年来问世的一种超小型的非晶合金磁性材料，它与铁氧体属两种材料。市售的磁珠外形与塑封二极管相仿，外形呈管状，但改用磁性材料封装，内穿一根导线而制成的小电感。常见磁珠的外形尺寸有Φ2.5×3(mm)、Φ2.5×8(mm)、Φ3×5(mm)等多种规格。供单片开关电源使用的磁珠，电感量一般为几至几十μH。磁珠的直流电阻非常小，一般为0.005Ω～0.01Ω。通常噪声滤波器只能吸收已发生了的噪声，属于被动抑制型;磁珠的作用则不同，它能抑制开关噪声的产生，因此属于主动抑制型，这是二者的根本区别。磁珠可广泛用于高频开关电源、录像机、电子测量仪器、以及各种对噪声要求非常严格的电路中。图1中的滤波电感L2，就选用3.3μH的磁珠，可滤除VD5在反向恢复过程中产生的开关噪声。　　

由晶体管VT、电流检测电阻R4和光耦合器IC2组成电流控制环。当输出电流IO接近于500mA时，由于R4上的压降升高，使晶体管VT的发射极电压 UBE也随之升高，VT进入放大区，此时电流控制环开始起作用，输出呈恒流特性。即使输出端发生短路故障，使得IO↑，UO→0V，由于电阻R6和R4上的总压降约为1.2V，仍能维持VT和光耦合器中LED的正常工作。R3为基极限流电阻。1.2 15W的PC机待机电源电路字串6

一种输出功率为15W的PC机待机电源电路如图2所示。该电源可提供两路输出：主输出为+5V、3A;辅助输出则为+12V、20mA。总输出功率为 15.24W，电源效率高于78%。电路中采用两片集成电路：TNY267P型微型单片开关电源(IC1)，SFH615 2型线性光耦合器(IC2)。直流输入电压为140V～375V，这对应于交流输入电压为230V±15%或者110/115V倍压输入的情况。利用TNY267P的欠压检测、自动重启动和高频开关特性，允许使用体积较小、价格较低的EE22型高频变压器磁芯。TNY267P芯片采用的是DIP 8封装形式，它能滤除因输出滤波电容缓慢放电而引起自动重启动时，在输出电压波形上形成的毛刺。当输入电压低于欠压值时，TNY267P就自动关断，起到保护作用；;仅当输入电压高于欠压阈值时才工作。R2、R3为欠压阈值设定电阻。二者的总阻值选4MΩ时，欠压阈值设定为直流200V，整流后的直流高压UI必须高于200V时，才能开启电源。而一旦开启电源，就将持续工作，直到UI降至140V才关机。这种滞后式关机的特性，可为待机电源提供所需的保持(Holdup)时间。

图2