寬范圍小功率輸入開關電源的設計與實現

摘要：基于TinySwith系列芯片，詳細介紹了用于給一款定時計數單元供電的開關電源的設計方法，該電路在寬范圍輸入電壓范圍內，采用單端反激式拓撲電路，利用光藕反饋和脈沖寬度調制技術實現電壓穩定輸出。
開關電源被譽為高效節能型電源，它代表著電源 class="wz_rc">穩壓電源的發展方向，現已成為電源 class="wz_rc">穩壓電源的主流產品。隨著現代科技的高速發展，功率器件的不斷完善、更新，PWM 技術的發展日趨完善，開關電源正朝著短、小、輕、薄的方向發展。本文介紹了一種基于TinySwith系列芯片設計的小功率AC／DC開關電源的原理及設計方法。
1 單端反激式開關電源的控制原理
所謂單端是指高頻變壓器的鐵心工作在B-H曲線的一側。反激式則指當功率MOSFET導通時，就將電能儲存在高頻變壓器的初級繞組上，僅當MOSFET關斷時，才向次級輸送電能。由于開關頻率高達上百kHz，使得高頻變壓器能夠快速存儲、釋放能量，經高頻整流濾波后即可獲得直流連續輸出。而反饋回路通過控制TinySwitch器件的控制端的電流來調節占空比以達到穩壓的目的[1]。
2 TinySwitch系列芯片選型及介紹
電流型脈沖寬度調制集成電路 class="wz_rc">集成電路TNY255是一種高性能的、單端輸出的、固定頻率的電流型PWM 控制器，能很好地應用在隔離式單端反激開關電源的設計以及直流一直流變換器設計之中，它最大的優點是外接元件少，外電路裝配簡單，成本低廉。它的內部電路包括如下主要功能:
①可調整的充放電振蕩電路，可精確地控制占空比;
②采用電流型操作，并可在133kHZ高頻下工作;
③具有自動補償功能;
④帶鎖定的PWM，可以進行逐個脈沖的電流限制;
⑤具有內部可調整的參考電源，可以進行欠壓鎖定;
⑥采用圖騰柱輸出電路，提供大電流輸出，輸出電流可達1A;
⑦工作電流低，且能進行低電流啟動;
⑧可直接對雙極晶體管和MOSFETS管進行驅動。
TinySwitch功能框圖如圖1所示。

圖1 Tiny Switch功能框圖
2.1 TinySwitch的工作模式
反激式開關電源的輸出功率與門限值，變壓器初級電感和開關頻率相關，再結合芯片特點，由于TinySwitch門限值和變壓器初級電感均為常數，因此若想改變輸出功率，只有通過改變開關頻率來實現。TinySwitch采用“跳周期”的工作方式，即以改變功率MOSFET有效的開關頻率，以實現不同的功率輸出。芯片的使能（EN）引腳正常工作時，若EN端為高電位MOSFET導通，反之則關斷。如圖1所示，EN引腳電路中有一個設為1.5V的源極跟隨輸入。輸入電流被10μA的滯回電流源箝位。在振蕩器時鐘信號（每個周期之始）的上升沿，對EN檢測電路的輸出取樣，若為高，則此周期導通功率MOSFET，否則功率MOSFET在相應周期保持關斷，即跳過該工作周期，由于對EN引腳取樣僅在每個周期之始進行一次，周期中EN引腳上的其它變化可以不考慮。這樣便可對芯片進行開/關控制，如果使EN端為高（＜40μA）則執行開關周期，繼續在下一個時鐘周期之初對EN引腳狀態進行取樣。
于是滿載時，讓Tiny Switch在大部分時鐘周期導通，不足滿載時，TinySwitch將“跳過”更多周期以保持次級輸出電壓穩定。在輕載或空載時，幾乎跳過所有周期，只有一小部分周期導通以供給電源的功率消耗。容－源－電－子－網－為你提供技術支持

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