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本文介绍其典型应用及电路设计要点。 关键词：小功率 单片开关电源 充电器 待机电源 设计 tinyswitch-ii系列产品可广泛用于23w以下小功率、低成本的高效开关电源。例如，ic卡付费电度表中的小型化开关电源模块，手机电池恒压／恒流充电器,电源适配器（powersupplyadapter）,微机、彩电、激光打印机、录像机、摄录像机等高档家用电器中的待机电源（standbypowersupply），还适用于isdn及dsl网络终端设备。 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。 1tinyswitchii的典型应用 1.1 2.5w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。 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。 1.215w的pc机待机电源电路 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。 初级一侧的辅助绕组经vd2、c2整流滤波后，获得＋12v输出电压，并通过r4给tny267p供电。正常工作时tny267p内部漏极驱动的电流源也停止对外部旁路电容充电,以减少其间的静态损耗。选r4=10kω时，可为旁路端提供640μa的电流，这略高于tny267p的损耗电流，超出部分将被芯片内部的稳压管钳位在6.3v的安全电压上。 次级输出经vd3、c6和c7进行整流滤波。l与c8构成后级滤波器，主要用来滤除开关噪声。当输出端短路时，自动重启动电路就限制了输出电流的增大，并且滤除了对vd3的过冲电压。由光耦合器ic2（sfh615-2）、稳压管vdz对5v输出进行检测，r5给稳压管提供偏置电流。 2电路设计要点 2.1使用注意事项 （1）直流输入电压ui的最小值uimin可按90v来设计。输入宽范围电压（85v～265v）时，输入级滤波电容c1的容量可按3μf／w的比例系数来选取；例如当输出功率po=10w时，c1=30μf。对于交流230v±15％固定电压输入的情况，比例系数可取1μf／w。  （2）为了降低损耗,提高电源效率,次级整流管宜采用肖特基势垒二极管（schottkybarrierdiode，英文缩写为sbd），简称肖特基二极管。这种管子具有正向压降低（uf≈0.4v）、功率损耗小、反向恢复时间短（trr可小到几ns）等优点，适合用做低压、大电流整流或续流。 （3）选择输出功率较大的tinyswitch-ii芯片，有助于提高电源效率。例如在图2所示的电路中，选择tny267时电源效率的下限值为78％；若采用tny266、tny264，就依次降为76％、74％。 （4）在特定的应用中，tinyswitch-ii的最大输出功率随热环境（包括环境温度，散热条件，通风状况以及电源采用密封式还是敞开式等因素）、高频变压器磁芯的尺寸、工作方式的设计（连续模式或不连续模式）、所需功率、输入电压的最小值、输入级滤波电容的容量、输出整流管的正向压降等条件而变化，可能与tinyswitchii系列第二代微型开关电源的原理一文中的表1中所列的典型值不同[见《电源技术应用》2001（11）]。 （5）tinyswitchii能滤除高频变压器产生的音频噪声。允许采用普通结构的浸漆变压器，磁芯之间也可以不用胶粘接。当开关电源随负载的减轻而产生音频干扰时，tinyswitchii就通过不连续地减小极限电流值，以滤除音频噪声。 （6）图1中的ltv817型线性光耦合器，可用pc817或pc817a来代替。它们的技术参数基本相同，电流传输比ctr=80％～160％，反向击穿电压u(br)ceo≥35v。 （7）在图2所示电路中，待机电源若选择tny266p芯片，输出功率就降为10w。此时可选ee16型高频变压器磁芯，并且还可以去掉滤波电容c7。 2.2印制板设计要点 tinyswitch-ii芯片的印制板元器件布置图，如图3所示，这里未使用欠压保护电阻。设计印制板时必须注意以下事项：  （1）tinyswitch-ii下面的敷铜板不仅作为源极接地点，还起到散热作用。图3中阴影区域面积应足够大，才能保证tinyswitch-ii和次级整流管散热良好，使芯片的结温低于100℃。 （2）旁路端电容cbp和输入滤波电容c1必须采用单点接地法，接至源极端。连接c1、高频变压器和tinyswitch-ii的初级回路应尽量短捷。 （3）初级钳位电路用于限制关断时漏极上的峰值电压。可用r、c、vd型钳位电路来实现，亦可用200v稳压管或者瞬态电压抑制器（tvs）对漏极电压进行钳位。在任何情况下，都要使钳位元器件到高频变压器和tinyswitch-ii的距离为最短。 （4）若使用欠压检测电阻，应使电阻尽可能靠近en／uv端，以减少感应噪声。还需要考虑欠压检测电阻r2和r3的耐压值。选择（1／4）w的电阻时，一般可承受200v电压（指连续加压，下同）；对（1／2）w的电阻，耐压值则为400v。 （5）安全电容（y电容）应直接安装在初级滤波电容的正极与次级的公共地（返回端）之间，最大限度地抑制电磁干扰和共模浪涌电压。 （6）光耦合器到tinyswitch-ii的en／uv端和源极的距离应最短，以减小噪声耦合。en／uv脚到光耦合器的距离应小于12.7mm，到漏极的距离则应大于5.1mm。 （7）为提高稳压性能，连到次级绕组、次级整流管、次级滤波电容的的环路要尽量短。次级整流管的焊盘面积须足够大，以确保在输出短路的情况下能将整流二极管的热量及时散发掉。 （8）连到输入、输出滤波电容的印制导线采用了末端收缩的布线方式，这有两个好处： ——能使所有的高频电流通过滤波电容被滤掉（若印制导线过宽，印制导线之间的分布电容就会影响对高频干扰的滤波效果）； ——减少由tinyswitch-ii向输入滤波电容、由次级整流管向输出滤波电容传输的热量。返回端与次级的连线要短捷、连线的特性阻抗要低。另外，返回端应直接连到次级绕组的引脚处，而不是y电容的焊点处。 作者：沙占友 张苏英 王彦朋 |
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