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TNY253/254/255 Tinyswitch 系列節能、低功耗離線開關

時間:2019-6-8, 來源:互聯網, 文章類別:元器件知識庫

產品突出了最低成本、低功耗的開關解決方案比RCC、離散脈寬調制和其他集成/混合解決方案成本更低 對笨重的線性適配器進行經濟有效的更換 組件計數最低 簡單的開/關控制–無回路補償裝置 無偏壓繞組–更簡單、成本更低的變壓器 允許SIM從通用輸入端最多2 W或從115 VAC輸入端最多4 W的PLE RC型EMI濾波器
非常節能 在115/230伏交流電壓下無負載時僅消耗30/60兆瓦 滿足Blue Angel、Energy Star、Energy 2000和200兆瓦歐洲手機待機需求 與笨重的線性適配器相比,每年節省1至4美元的能源成本(0.12美元/千瓦時) 非常適合手機充電器、PC備用電源,電視和錄像機、電表和無繩電話。
高性能、低成本 高壓供電–充電器應用的理想選擇 非常高的環路帶寬提供出色的瞬態響應和快速開啟,幾乎沒有超調 電流限制操作抑制線頻率波動 移除輸入時無故障輸出 內置電流限制和熱保護部分 44 kHz操作(TNY253/4),帶緩沖鉗,減少電視和VCR中的EMI和視頻噪聲 使用光耦或偏壓繞組反饋操作
說明

Tinyswitch系列采用突破性設計,在0至10W范圍內提供成本最低、效率高的離線開關解決方案。這些設備集成了700V功率MOSFET、振蕩器、高壓開關電流源、電流限制和熱關機電路。它們啟動和運行源于漏極電壓的功率。e,消除了對變壓器偏壓繞組和相關電路的需要。然而,從265 VAC輸入端到空載時,它們僅消耗約80 mW的功率。一個簡單的開/關控制方案也消除了對回路補償的需要。

TNY253和TNY254在44 kHz時切換,以最小化EMI,并允許一個簡單的緩沖鉗來限制漏極尖峰。
電壓。同時,它們允許使用低成本的EE16芯變壓器來提供高達5 W的電流。TNY253與TNY254相同,只是其電流下限降低了2.5 W以下應用的輸出短路電流。TNY255使用高達130 kHz的切換率,從相同的低成本的EE16芯向A提供高達10 W的電流。PC備用電源等應用。具有安全間隔線軸的EE13或EF13芯可用于2.5 W以下的應用。當二次繞組使用三芯絕緣線時,沒有偏壓繞組,在大多數應用中無需膠帶/邊緣。
這簡化了變壓器結構,降低了成本

引腳功能描述
(D):功率MOSFET的溝引腳連接。提供兩個內部操作電流的啟動和穩態操作。
旁路引腳(BP):連接點的外部旁路電容的internally生5.8 V電源旁路引腳。冰槽用于采購供應電流兩個外部circuitry。
(一)ENABLE引腳:功率MOSFET開關可以端引腳拉低,這城市的I-V特性這兩個(冰當量引腳的電壓源(約1.5 V與一個源電流鉗
源(S):功率MOSFET源引腳的連接。主要的回報。
Ⅱ的功能描述
TinySwitch冰用于低功率離線應用程序。它combines A高電壓功率MOSFET的開關電源控制器和一個在一個裝置。unlike A傳統的PWM(脈沖寬度調制)控制器,TinySwitch辨別一個簡單的開/關控制兩個調的輸出電壓。
《TinySwitch控制器由個振蕩器,使(偵聽和邏輯)電路,5.8 V電壓調節器電路;
滯回過溫保護,電流限制電路,blanking領先的邊緣,和一個700 V的功率MOSFET。圖2顯示一個功能塊圖與最重要的特點。
振蕩器的振蕩頻率上的冰internally 44千赫(130千赫的tny255)。“利益的兩個信號是周期信號的最高使命的召喚(DMAX),分以typically 67%的責任周期和時鐘信號,indicates of each周期開始的時候是跳過的周期。(見下面),《頻振蕩器雙卡值我一直y255 130千赫)。這會增加的采樣速率為“ENABLE引腳是環反應。
使(偵聽和邏輯ENABLE引腳的電路有一個輸入源follower極化上1.5 V的輸入電流A市clamped冰流源上50µa與10µa hysteresis。使輸出的意義

在振蕩器時鐘信號的上升沿(在每個周期的開始)對電路進行采樣。如果它很高,則為該周期打開功率MOSFET(啟用),否則功率MOSFET仍處于關閉狀態(跳過周期)。由于在每個周期的開始僅進行一次采樣,因此在在循環期間啟用管腳將被忽略。
5.8 V調節器5.8 V調節器在MOSFET關閉時,通過從漏極上的電壓中抽取電流,將連接到旁路引腳的旁路電容器充電至5.8 V。旁路引腳是Tinyswitch的內部電源電壓節點。當MOSFET打開時,Tinyswitch將耗盡存儲在旁路電容器中的能量。e內部電路的功耗極低,使得Tinyswitch能夠從漏極針的電流中連續工作。0.1微F的旁路電容值足以進行高頻去耦合和儲能。
欠壓:當旁路管腳電壓降到5.1 V以下時,欠壓電路會禁用功率MOSFET。一旦旁路管腳電壓降到5.1 V以下,它必須上升回5.8 V才能啟用(打開)功率MOSFET。
滯后過溫保護熱關機電路感測模接頭溫度。閾值設置為135°C,滯后70°C。當接頭溫度高于此閾值時
(135°C)功率MOSFET被禁用并保持禁用狀態,直到模接頭溫度下降70°C,此時重新啟用。
電流限制電流限制電路檢測功率MOSFET中的電流。當此電流超過內部閾值(ilimit)時,功率MOSFET將在該周期的剩余時間內關閉。
在功率MOSFET打開后,前沿消隱電路將電流限制比較器抑制一小段時間(TLeb)。該前沿消隱時間已設置好,因此由一次側電容和二次側整流器反向恢復時間引起的電流峰值不會導致開關脈沖過早終止。
t開關操作
Tinyswitch用于在電流限制模式下工作。當啟用時,振蕩器在每個循環開始時打開功率MOSFET。當電流上升到電流限制時關閉MOSFET。振蕩器將MOSFET的最大打開時間限制為DCmax。因為給定的Tin的電流限制和頻率Y開關設備
是恒定的,輸出的功率與變壓器的初級電感成正比,相對獨立于輸入電壓。因此,電源的設計包括計算變壓器的初級電感,以獲得所需的最大功率。只要所選的開關器件是額定功率的。在最低輸入電壓下,計算出的電感將在達到DCmax極限之前使電流上升到電流極限。啟用功能Tinyswitch感應到啟用管腳,以確定是否繼續進行前面描述的下一個開關循環。一旦開始一個循環,Tinyswitch始終完成循環(即使啟用管腳在循環的一半時間內改變狀態)。此操作導致電源的輸出電壓紋波為det。由輸出電容器限制,每個開關周期的能量和啟用反饋的延遲。
通過比較電源輸出電壓和參考電壓,使能信號在二次電路上產生。當電源輸出電壓小于參考電壓時,使能信號高。
在典型的實現中,使能管腳由光耦驅動。光耦晶體管的集電極連接到使能管腳,發射器連接到源管腳。光耦LED與齊納串聯,通過待調節的直流輸出電壓。當輸出電壓超過目標調節器時。操作電壓水平(光耦二極管電壓降加齊納電壓),光耦二極管將開始導通,將使能管腳拉低。可以用TL431器件代替齊納,以提高精度。
啟用引腳下拉電流閾值名義上是
50微安,但在超過閾值的瞬間設置為40微安。當啟用下拉電流降到40微安的電流閾值以下時,將重置為50微安。
開/關控制Tinyswitch的內部時鐘一直在運行。在每個時鐘周期的開始,Tinyswitch對
啟用管腳以決定是否執行開關循環。如果啟用管腳高(<40微安),則會發生開關循環。如果啟用管腳低(大于
50微安),則不會發生切換循環,并且在隨后的時鐘循環開始時再次對啟用引腳狀態進行采樣。
在滿負荷時,Tinyswitch將在其大多數時鐘周期內進行在低于滿負荷的負載下,Tinyswitch將“跳過”更多周期,以維持二次輸出的電壓調節在輕負載或無負載時,幾乎所有周期都將被跳過一小部分周期將與用于支持電源的功耗。

與常規的脈寬調制(PWM)控制相比,Tinyswitch開/關控制方案的響應時間非常快,具有很高的線路紋波抑制能力和良好的瞬態響應。
通電/斷電Tinyswitch在旁路引腳上只需要一個0.1微F的電容器。由于該電容器的尺寸較小,因此通電延遲保持在絕對最小值,通常為0.3 ms。由于通電/斷電反饋的快速特性,電源輸出沒有超調。斷電期間,功率MOSFET將開關控制h直到整流線電壓降到大約12 V。功率MOSFET將保持關閉,沒有任何故障。
消除偏壓繞組的Tinyswitch不需要偏壓繞組向芯片提供電源。相反,它直接從漏極針(見上述功能描述)中獲取電源。這有兩個主要好處。首先對于標稱應用,這消除了額外偏壓繞組和相關組件的成本。其次,充電R應用中,電流-電壓特性通常允許輸出電壓降到低值,同時仍提供功率。這種應用通常需要一個正向偏壓繞組,它具有更多相關的組件,其中沒有一個是必要的Tinyswitch。
電流限制操作當漏極電流達到Tinyswitch的電流限制時,每個開關周期終止。對于給定的一次電感和輸入電壓,占空比是恒定的。但是,占空比與輸入電壓成反比,提供“電壓前饋”優勢:良好的線路紋波
排斥和相對恒定的功率傳遞獨立于輸入電壓。
44 kHz開關頻率(TNY253/254)開關頻率(無周期跳變)設置為44 kHz。這提供了幾個優點。在較高的開關頻率下,電容性開關損耗占電源功率損耗的很大比例。在較高的頻率下,首選的緩沖方案是RCD或二極管齊納。夾子。
然而,由于Tinyswitch的開關頻率較低,因此可以使用一個簡單的RC緩沖器(甚至僅在功率低于4 W的115 Vac應用中使用一個電容器)。
其次,低開關頻率也降低了EMI濾波要求。在44 kHz時,第一、第二和第三諧波均低于150 kHz,其中EMI限制不是很嚴格。對于低于4 W的功率級,僅使用電阻和電容濾波器元件(無電感器或扼流圈)就可以滿足全球EMI要求。這大大降低了EMI濾波器的成本。
最后,如果應用需要嚴格的噪聲排放(如視頻應用),則TNY253/254將允許更有效地使用二極管緩沖(和其他二次緩沖技術)。較低的開關頻率允許使用RC緩沖來降低噪聲,而不會顯著影響電源的效率。
130 kHz開關頻率(TNY255)開關頻率(無周期跳變)設置為130 kHz。這允許TNY255在仍然使用與TNY253/254用于低功率應用相同尺寸、低成本變壓器(EE16)的情況下輸出10 W。

旁路針電容器旁路針使用一個小的0.1微F陶瓷電容器來分離tinyswitch的內部電源。
應用實例
電視待機
Tinyswitch是用于電視等消費電子產品的低成本、高效率備用電源的理想解決方案。圖9顯示了一個7.5 V、1.3 W的反激電路,該電路使用TNY253實現電視備用電源。該電路使用主電源已經提供的直流高壓運行。該輸入電壓根據電視額定的輸入交流電壓范圍,GE的電壓范圍可以在120到375 Vdc之間。電容器C1過濾高壓直流電源,并且只有當從直流電源到電視備用電路的輸入之間有很長的跟蹤長度時才需要。高壓直流總線應用于PRI的串聯組合。T1的Mary繞組和TNY253內部的集成高壓MOSFET。TNY253的低工作頻率(44 kHz)允許使用低成本的緩沖電路C2和R1來代替主鉗位電路。除了將漏極關斷電壓峰值限制在安全值之外,RC緩沖電路還通過以下方式降低輻射視頻噪聲:降低漏極波形的dv/dt,這對于電視和VCR等視頻應用至關重要。在固定頻率的PWM和RCC電路中,使用緩沖器將導致不需要的固定交流開關損耗,與負載無關。Tinyswitch上的開/關控制通過調整有效的開關頻率消除了這個問題。因此,
開關損耗與負載呈線性關系,因此電源的效率保持相對恒定,直到輸出負載的1瓦的一小部分。
二次繞組由d1和c4整流和過濾,產生7.5 V輸出。l1和c5提供附加濾波。輸出電壓由光耦u2 LED前向下降(~1 V)和齊納二極管VR1電壓之和決定。電阻器r2保持通過齊納的偏壓電流,以提高其電壓容限。
10 W備用
TNY255是理想的備用應用,需要高達10瓦的功率從230伏交流電或100/115伏交流電與倍增器電路。TNY255工作在130千赫,而不是44千赫的TNY253/254。更高的頻率操作允許

使用一個低成本的EE16核心變壓器,最高10瓦的水平。10瓦的電路用于這種應用。該電路從主電源已經提供的高壓直流電源運行。電容器C1過濾高壓直流電源,并且只有在有一個長的跟蹤長度從T的來源是必要的。向備用電路的輸入端提供直流電。高壓直流總線與TNY255內的集成高壓MOSFET串聯應用于T1的一次繞組。二極管D1、電容器C2和電阻器R1包括鉗位電路,該鉗位電路將Tinyswitch放電引腳上的關斷電壓峰值限制在安全值。SE二次繞組由d2和c4整流和濾波,以提供5 V輸出。附加濾波由l1和c5提供。輸出電壓由
光耦U2 LED前向下降(~1 V)和齊納二極管VR1電壓。電阻器R2保持通過齊納的偏壓電流,以提高其電壓容限。為了更嚴格的容限,可使用TL431精密參考IC反饋電路。
手機充電器
Tinyswitch非常適合需要恒壓和恒流輸出的應用。Tinyswitch總是由輸入高壓供電,因此它不需要偏壓繞組供電。因此,它的運行不依賴于輸出電壓的水平。這允許恒流充電器設計輸出電壓降到零伏的GNS。
圓周率

顯示使用TNY254的5.2 V、3.6 W蜂窩電話充電器電路,在通用輸入(85至265 Vac)范圍內提供恒定電壓和恒定電流輸出。交流輸入通過D1-D4、C1和C2進行整流和過濾,以創建與T1串聯的高壓直流總線,以及TNY254.T內的高壓MOSFET。電感器l1與c1和c2一起構成π濾波器。電阻器r1抑制電感器l1中的共振。TNY254(44 kHz)的低頻操作允許使用上述簡單的π濾波器與單個y1電容器c8組合,以滿足全球傳導的EMI標準。二極管d6,
電容器C4和電阻r2包括鉗位電路,該電路將Tinyswitch放電引腳上的關斷電壓尖峰限制在安全值內。二次繞組通過d5和c5整流和過濾,以提供5.2 V輸出。附加濾波由l2和c6提供。輸出電壓由光耦u2 le的和決定。D正向壓降(~1 V)和齊納二極管VR1電壓。電阻器R8保持通過齊納的偏壓電流,以提高其電壓容限。
一個簡單的恒流電路是利用晶體管q1的vbe來感測電流感測電阻r4上的電壓,它可以由一個或多個電阻組成。

達到適當的值。r3是一個基極限流電阻。當通過r4的電壓降超過晶體管q1的vbe時,它打開并通過驅動光耦LED接管環路的控制。r6降低一個附加電壓,使控制環路在輸出端的工作電壓降到零伏。當輸出短路時,D通過R4和R6的ROP(~1.5 V)足以保持Q1和LED電路的激活。電阻器R7和R9限制了在輸出短路條件下,由于R6和R4之間的電壓降,在Q1通過VR1時可能產生的正向電流。
交流適配器
許多消費電子產品使用低功耗50/60Hz變壓器型交流適配器。Tinyswitch可以經濟有效地用更輕、更小和更節能的解決方案替換這些線性適配器。圖12顯示了使用Tny253的9V、0.5W交流適配器電路。該電路在115 Vac輸入下工作。為了節省成本,該電路在不連續的傳導模式下運行,以提供相對獨立于輸入電壓的恒定功率輸出。輸出電壓由齊納二極管VR1的電壓降決定。選擇變壓器的初級電感以提供超過所需輸出功率的功率。ER至少為50%,以允許部件公差,并在滿負荷時保持一定的電流通過齊納VR1。在無負荷時,所有的功率都輸送給齊納,齊納應具有相應的額定值和熱沉。盡管來自主電源輸入的功率消耗恒定,但該解決方案仍然比Lin高效得多。耳塞適配器的輸出功率約為1 W。
交流輸入由二極管d1和d2整流。d2用于減少傳導電磁干擾,只允許在二極管導通過程中噪聲進入中性線。整流后的交流經電容器c1和c2過濾,產生高壓直流母線,應用于T1一次繞組和高壓MOSFET的串聯組合。在TNY253旁邊。電阻器R2連同電容器C1和C2形成一個π濾波器,足以滿足這些功率級的EMI傳導發射。C5是一個Y電容器,用于降低共模EMI。由于Tinyswitch MOSFET的額定電壓為700 V,一個簡單的電容緩沖器(C4)足以限制漏電感。在115伏交流電的應用中,在低功率水平下,CE尖峰。二次繞組被d3和c6整流和過濾。
設計
輸出功率范圍Tinyswitch選擇指南(表1)中所示的功率水平是近似的,推薦的輸出功率范圍將提供成本優化設計,并基于
以下假設:
1.85 VAC輸入的最小直流輸入電壓為90 V或更高,230 VAC輸入的最小直流輸入電壓為240 V或更高,帶電壓倍增器的最小直流輸入電壓為115 VAC。
2.Tinyswitch不受熱限制-源針焊接到足夠的銅區域,以使模具溫度保持在或低于100°C。此限制通常不適用于TNY253和TNY254。
Tinyswitch的最大功率能力取決于熱環境、變壓器芯尺寸和設計(連續或不連續)、所需效率、最小規定輸入電壓、輸入存儲電容、輸出電壓、輸出二極管正向壓降等,并且可以不同于選擇指南中所示的值。
在最大負載以外的負載下,Tinyswitch中使用的跳周期模式操作可以在變壓器中生成音頻組件。這會導致變壓器產生音頻噪聲。通過使用適當的變壓器構造技術和降低峰值磁通量,可以降低變壓器的音頻噪聲。密度。有關音頻抑制技術的詳細信息,請檢查
我們網站上的“應用程序說明”部分
使用Z5U等介電材料的陶瓷電容器,在鉗位電路和緩沖電路中使用時,也會由于電致伸縮和壓電效應而產生音頻噪聲。如果是這樣,用具有不同類型介電材料的電容器代替它們是最簡單的解決方案。聚酯薄膜電容器是一個很好的替代方案。
短路電流Tinyswitch沒有自動重啟功能。因此,在輸出短路條件下,Tinyswitch將繼續向負載供電。在最壞情況下,峰值短路電流等于一次電流限制(Ilimit)乘以變壓器匝數比(np/ns)。在典型情況下l設計的平均電流比這個峰值低25%到50%。在tinyswitch的功率水平下,通過額定輸出二極管來處理短路電流,很容易適應。通過選擇所需功率的最小(最低電流限制)開關,可以將短路電流最小化。
布局
單點接地在旁路針電容器和輸入濾波電容器的源針處使用單點接地連接。
一次回路面積——將輸入濾波電容器、變壓器一次回路和微動開關連接在一起的一次回路面積應盡可能小。
一次鉗位電路一個鉗位或緩沖電路被用來在關斷時最小化峰值電壓和漏極上的振鈴。這可以通過使用一個小于3 W的RC緩沖電路或一個如圖13所示的RCD鉗位來獲得更高的功率。從漏極到源極之間穿過一次或單個550 V齊納鉗位的齊納鉗位和二極管鉗位也可以使用。在所有情況下,應注意盡量減少從緩沖器/鉗組件到變壓器和開關的電路路徑。
錫開關下方的銅不僅作為單點接地,而且作為散熱片。圖13所示的陰影區域應最大化,以使錫開關和輸出二極管散熱良好。
Y電容器Y電容器的放置應直接從一次單點接地到二次側的公共/返回終端。這樣的放置將最大限度地提高Y電容器的EMI效益。
光耦維持從光耦晶體管到微動開關使能的最小電路路徑和源極以最小化噪聲耦合很重要。
輸出二極管為獲得最佳性能,應盡量減小連接二次繞組、輸出二極管和輸出濾波電容器的回路面積。優化布局見圖13。此外,應在二極管的陽極和陰極端子處提供足夠的銅面積,以充分加熱輸出S下的二極管。短路條件。
輸入和輸出濾波電容器在連接到輸入和輸出濾波電容器的記錄道中存在收縮。這些收縮有兩個原因。第一個原因是強制所有高頻電流流過電容器(如果記錄道很寬,那么它可以繞電容器流動)。第二個原因是CTIONS將從Tinyswitch到輸入濾波電容器和從二次二極管到輸出濾波電容器的熱傳遞最小化。輸出濾波電容器的公共/回路(負輸出端子)端子應與到二次繞組的短的、低電阻路徑相連。此外,在公共/返回輸出連接應直接從二次繞組針接出,而不是從Y電容器連接點接出。

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