TinySwitch II系列第二代微型单片开关电源的原理

考虑到它有4个源极端S，故等效于四端器件。4个源极被划分成两组：两个S端需接控制电路的公共端，两个S（HVRTN）端则接高压返回端，它们都与内部MOSFET的源极连通。D为内部功率MOSFET的漏极引出端，为启动和稳定工作提供了内部工作电流。BP为旁路端，接外部0.1μF的旁路电容。正常工作时，由EN/UV端来控制内部功率MOSFET的通断。超载时，从EN/UV端流出的电流大于240μA，强迫功率MOSEFT关断。若该端经一只2MΩ电阻接输入直流高压UI，即可对UI进行欠压检测，不接电阻时无此项功能。

图2TinySwitch?II的功能框图

图3频率抖动的波形

2.2工作原理

TinySwitch?II内部集成了一个耐压为700V的功率MOSFET和一个开／关控制器。与传统的PWM控制器不同，它采用一个简单的开/关控制器来调节输出电压。其功能框图如图2所示。主要包括振荡器，5.8V稳压器，旁路端钳位用的6.3V稳压管，使能检测与逻辑电路，极限电流状态机，欠压、过流及过热保护电路，自动重启动计数器。此外，EN／UV的内部电路中还增加了一个源极跟随器。由图2可见，能够控制MOSFET关断的电路有以下几种：BP端欠压比较器，过流比较器，过热保护电路，前沿闭锁电路，最大占空比信号Dmax，EN／UV控制端。它们之间呈“逻辑或”的关系，任何一路均可单独将MOSFET关断。

TinySwitch?II一般工作在极限电流的模式下。启动时，在每个时钟周期开始时刻，TinySwitch?II对EN／UV端进行取样，再根据取样结果来决定是否跳过周期以及跳过多少个周期，同时确定适当的极限电流阈值。当漏极电流ID逐渐升高并达到ILIMIT值或者占空比达到最大值Dmax时，使MOSFET关断。满载时TinySwitch?II在大部分周期内导通；中等负载时则要跳过一部分周期并开始降低ILIMIT值，以维持输出电压稳定。轻载或空载时，则几乎要跳过所有周期，并且进一步降低ILIMIT值，使功率MOSFET仅在很少时间内导通，以维持电源正常工作所必须的能量。

EN／UV端一般由光耦合器驱动。光耦合器中接收管的集电极连到EN／UV端，发射极则接源极。光耦合器与稳压管串联在稳压输出端，输出电压UO就等于光耦合器内部发光二极管（LED）正向压降UF与稳压管稳定电压UZ之和。当UO↑时，LED开始导通，将EN／UV脚电压置成低电平，使功率MOSEFT关断，通过减小占空比来使UO↓，最终达到稳压目的。为改善稳压性能，亦可用可调式精密并联稳压器TL431来代替普通的稳压管。

下面就TinySwitch?Ⅱ的内部电路中的几个主要功能电路作一介绍：

（1）振荡器

振荡器的频率均设置为132kHz。它能产生决定每个周期起始时间的时钟信号（CLOCK）和最大占空比信号（Dmax）。该振荡器还增加了频率抖动电路，开关频率的抖动范围是128kHz～136kHz，抖动量为±4kHz。频率抖动波形如图3所示。利用此功能可显著减小噪声干扰，并且噪声谐波次数愈高，抑制作用愈明显。例如对5次谐波噪声平均值的衰减量可达10dB以上。

（2）使能电路与极限电流状态机

EN／UV端的使能电路中有一个设定值为1.0V的低阻抗源极跟随器，其输出电流的阈值为240μA。当该端输出电流超过240μA时，使能电路就输出低电平（禁止）。在时钟信号的上升沿对输出取样，若为高电平，则本周期接通功率MOSFET；若为低电平，在大多数情况下，就使功率MOSFET关断。但在接近于最大负载时，即便使能电路不起作用，功率MOSFET在此周期内仍然导通，只是极限电流要降到规定值的50％。因为取样仅在每个周期开始时进行一次，所以在此周期内EN／UV端上其它电流或电压的变化均可忽略不计。轻载时，极限电流状态机用离散的数字量来减小ILIMIT值，使TinySwitch?II在音频范围内起到开关作用。从而降低了高频变压器产生的音频噪音。

图4接欠压保护电阻后的自动重启动波形

图5接欠压保护电阻后慢关断的时序波形

（3）5.8V稳压器和6.3V并联式电压钳位器

当MOSFET关断时，5.8V稳压器通过漏极电压的电流将旁路端外接电容CBP充电到5.8V。当MOSFET导通时，TinySwitch?II就消耗存储在CBP中的能量。TinySwitch?II内部电路的功耗极低，使其能利用漏极电流连续工作。选择0.1μF的旁路电容即可实现高频去耦及能量的存储。此外，外部电阻还向BP端提供电流，当BP端达到6.3V的钳位电压时，就关闭5.8V稳压器，以降低芯片的空载损耗。

（4）极限电流检测电路

TinySwitch?II的极限电流参数值见表3。极限电流检测电路用来检测功率MOSFET的漏极电流ID是否达到极限值。在每个开关周期内，当ID达到ILIMIT时功率MOSFET就在此周期的剩余时间内关断。

表3TinySwitch?Ⅱ的极限