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Vol.9No.5May2006第9卷第5期2006年5月POWERSUPPLYTECHNOLOGIESANDAPPLICATIONS收稿日期院2006-02-23TNY-芋新一代集成开关电源芯片的原理和应用郭春明渊PowerIntegrations公司深圳代表处袁广东深圳袁518031冤摘要院TNY-芋是PI公司最新一代的集成电源芯片袁内置700V的MOSFET袁ON/OFF控制使待机功耗极低袁满足各国能耗标准遥仅需很少外围元件便可组成充电器尧适配器尧DVD尧机顶盒等各种中小功率电源遥关键词院ON/OFF控制曰自适应开通时间扩展曰频率抖动PrincipleandApplicationsoftheNovelSwitchingPowerSupplyICTNY-芋GUOChun-ming(PowerIntegrations,ShenzhenGuangdong518031,China)中图分类号院TN492文献标识码院B文章编号院0219-2713渊2006冤05-0050-050引言PI公司推出的TNY-芋是新一代的ON/OFF控制集成电源芯片袁和前面两代芯片一样袁内部集成了700V的MOSFET袁简单的ON/OFF控制袁无需复杂的环路补偿设计袁另外新增加了一些新功能袁一颗芯片具有3种最大限流点袁可以使芯片瞬时输出很大功率袁特别适合于像DVD电源等有马达的情况遥自适应导通时间扩展能力可以减小输入高压电容容量或提高保持时间遥采用专利的EcoSmart技术使待机功耗在不用供电绕组情况下可小于150mW袁有供电绕组可小于50mW袁满足欧洲野蓝天使冶EC300mW袁美国能源之星等能耗标准袁恒效率功能使其容易满足美国2006年7月1日即将强制实施的CEC能耗标准曰频率抖动技术降低了EMI遥TNY-芋特别适用于充电器尧适配器尧DVD尧机顶盒尧大功率电源的辅助电源等中小功率的场合袁由于集成度高袁具有自适应导通时间扩展袁频率抖动等特点袁和其他集成器件比较袁用TNY-芋做的电源可以省掉大量外围器件袁电路简单尧可靠袁综合成本更低遥1封装尧引脚功能及产品型号TNY-芋有8引脚DIP袁SMD两种封装形式袁省略掉了第三脚以增加高压和低压脚间的爬电距离遥TNY-芋的引脚排列如图1所示袁其引脚功能如表1所列袁TNY-芋系列产品型号和输出功率如图1TNY-芋的引脚排列50PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建冤欠压关断功能袁编程电源开始工作的输入交流电压2冤正常工作时根据流出EN脚的电流决定本周期是否工作2BP/M1冤芯片自供电电源端2冤IC最大限流点外部选择端袁根据不同的外接电容值决定不同的限流点3冤输出过压保护端4D700VMOSFET漏极5袁67袁8SMOSFET源极和控制器地线OUTPUTPOWERTABEL产品型号AC230(1依15%)VAC85~265VAdapterPeakorOpenFrameAdapterPeakorOpenFrameTNY2746W11W5W8.5WTNY2758.5W15W6W11.5WTNY27610W19W7W15WTNY27713W23.5W8W18WTNY27816W28W10W21.5WTNY27918W32W12W25WTNY28020W36.5W14W28.5W表2所列遥表2中的功率是在12V输出的情况下测试的袁可做为参考袁具体到不同的设计袁实际输出功率有可能高于或低于表中所列的功率遥2功能和工作原理TNY-芋的功能框图如图2所示遥2.1功能框图说明TNY-芋在一个硅片上集成了一个700V的MOSFET和电源控制器袁不象传统的PWM控制器袁它使用简单的ON/OFF控制来调整输出电压遥控制器集成了振荡器尧使能电路尧电流限制状态机尧5.85V调整器尧BP/M脚的欠尧过压电路尧限流点选择电路尧过温保护电路尧电流采样前沿消隐电路遥还集成了一些额外电路实现输入电压欠压表2TNY-芋产品型号和输出功率表1引脚功能绎元器件与材料要要要TNY-芋新一代集成开关电源芯片的原理和应用要要要51PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建是内部电路的供电端袁当MOSFET关断时袁5.85V电压调整器会从MOSFET的漏极拉电流给脚BP外接的0.1滋F电容充电袁当MOSFET导通时袁此电容给内部电路供电遥由于内部电路耗电极低袁TNY-芋允许连续从漏极取电供其操作袁0.1滋F电容已足够储能和高频退耦的需要遥脚BP/M内部有一个6.4V稳压管袁当需要小于50mW的待机功耗时袁芯片由供电绕组供电袁稳压管把供电电压稳在6.4V遥2.2.4脚BP/M的欠压保护功能在正常工作状态袁当脚BP的电压降到4.9V以下时袁芯片停止操作袁电压重新回到5.85V时袁芯片才开始操作遥2.2.5过温保护功能内部热关断电路监测芯片结温袁当温度超过142益时袁MOSFET关断并一直保持关断状态袁直到温度下降75益后才重新开启袁75益的回差保证在连续输出故障状态下PCB板的温度不会过高遥2.2.6电流限制电流限制电路检测流过MOSFET的电流袁当超过内部门槛时袁在一个周期内的剩余时间MOSFET关断遥在中等或轻负载的条件下袁电流限制状态机将会减小电流限制的门槛遥前沿消隐电路在MOSFET导通的一小段时间内(tleb)禁止电流比较器操作袁避免MOSFET输出电容和输出整流管的反相恢复时间引起的电流尖峰使脉冲提前结束遥2.2.7自动重启动在输出过载袁短路袁或控制环路开路的情况下袁TNY-芋会进入自动重启动状态遥芯片内部有一个振荡器驱动的计数器袁每次EN/UV被拉低时会复位袁如果64ms没有被拉低袁MOSFET就会被关断2.5s袁然后重启袁直到故障消除遥但如果输入欠压袁则MOSFET关断2.5s后不会重启袁而一直保持关断状态袁直到欠压条件结束袁如图3所示遥2.2.8自适应导通时间扩展开关电源在低电压输入时MOSFET往往受到最大占空比的限制渊Dmax冤而不是限流点的限制袁因而提前结束脉冲遥TNY-芋增加了自适应导通时间扩展功能袁使工作脉冲先达到限流点袁而此时不管Dmax的限制遥这个特点降低了维持输出的最低输入电压袁增加了电源的野保持时间冶袁减小了对高压滤波电容的容量要求遥电源在上电启动瞬间是禁止的遥52PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建脚接一个电阻袁可以检测高压母线电压袁从而检测输入交流电压袁当上电时袁或芯片进入自动重启动MOSFET停止操作时袁流进EN/UV脚的电流必须大于25滋A袁MOSFET才能开始工作遥当没有电阻外接到EN/VU时渊进入的电流小于1滋A冤袁线电压检测电路也做检测袁在这种情况下袁芯片会关掉此功能遥2.3TNY-芋的工作TNY-芋总是工作在电流限制状态袁每次MOSFET开通后袁只有电流达到限流点或占空比达到Dmax袁MOSFET才关掉遥在每一个时钟周期的上升沿采样EN/UV脚的电平袁如果为高袁MOSFET导通袁如果为低袁则保持关断遥根据多个周期采样脉冲的序列来决定限流点遥接近最大负载时袁TNY-芋几乎每个周期都导通袁如图4所示曰在较大负载时袁为了维持输出电压袁它会跳过一些周期袁如图5所示曰在中等负载时袁不仅仅是跳过一些周期袁同时降低一级限流点袁如图6所示曰在很轻负载时袁限流点会近一步降低袁并且只有很少的导通周期袁如图7所示遥TNY-芋正常工作时不需要供电绕组袁这对充电器的设计非常有利袁因为充电器一般要求输出短路时也能正常工作袁用TNY-芋时不需要此时常用的正激绕组供电遥另外如果要求小于50mW的待机功耗袁则需要一个供电绕组袁从供电端接一个电阻到BP/M脚就可以关闭内部供电,使待机功耗从150mW降到50mW以下遥也可以接一个稳压管实现输出过压锁定保护遥由于TNY-芋耗电极低袁正常操作时BP/M脚接一个0.1滋F的陶瓷电容就可以实现退偶和供电袁但对于TNY275-280袁1滋F的电容可以使芯片的限流点变到下一级芯片的限流点袁这对适配器的设计是有帮助的袁10滋F的电容可以使芯片的限流点变到上一级芯片的限流点袁这对DVD等有马达的应用非常有用袁马达转动的瞬间需要较大功绎元器件与材料要要要TNY-芋新一代集成开关电源芯片的原理和应用要要要53PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建转换器可在1.8~5.5V的电压范围内实现高达96%的效率袁并能够同时输出高达1.2A的输出电流遥TI的新型TPS63000升降压转换器的运行时间相对于3.3V输出电压的标准高效降压转换器延长了28%遥借助固定频率的脉冲宽度调制渊PWM冤专利技术袁该器件能够利用同步整流技术保持高效率袁以支持目前的单体锂离子电池遥TPS63000能够以可低至1.2V的可调输出电压有效地实现升降压DC/DC转换袁该器件还具有不足30滋A的极低静态电流尧高效节电以及电压保护等多种特性遥TPS63000在低功耗工作状态下会进入节电模式袁也可禁用该模式袁从而迫使转换器以固定开关频率工作遥TPS63000现已投入量产袁可通过TI及其授权经销商定购获得遥每千片批量建议零售单价为2.75美元遥德州仪器电源管理芯片延长锂离子电池使用寿命图8全范围输入袁12V/1A输出电源率袁而正常功率不大遥3设计实例图8是一个用TNY278设计的全范围输入袁12V/1A输出的通用电源袁具有以下优点院渊1冤TNY-芋具有频率抖动功能袁所以简单的装型EMI滤波渊C1袁C2袁L1冤就可以让电源符合EN55022CLASSB标准袁并且有10dB以上裕量遥渊2冤R5的阻值可以编程电源的启动电压袁3.6M赘的电阻使电源大约60V左右启动遥渊3冤增加R8可以使TNY278由外部供电袁265V输入时的待机功耗会从140mW降到40mW遥渊4冤当流进BP/M脚的电流大于5mA时袁芯片会锁住袁可以用供电绕组感应输出电压袁稳压管VR2设定了输出过压保护点为17V遥4结语TNY-芋是新一代的集成电源芯片袁适合于中小功率的反激式电源袁与TNY-II比较袁增加了许多