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Tiny Switch特性及其应用

发布时间:2007/9/10 0:00:00 访问次数:638

     摘要:介绍应用于小功率开关电源的控制器件?TinySwitch的特点,并讨论在待机电源和充电器中的应用。

      Abstract:ThecharacteristicsofTinyswitchwhichisusedinlowpowerswitch

modepowersupplyareintroducedinthispaper,andapplicationsofTinySwitch

instand-bypowerSupplyandChargeraredwelledon.

    关键词:逐周电流限制跳周期

    Keywords:Cyclebycyclecurrentlimited,Jumpcycle

    1  引 言

  中大功率开关电源在市场上占有较大份额,然而小功率开关电源在很多场合,例如在待机电源中是必不可少的。TinySwitch特别适用于为用户提供10W以下的隔离型开关电源。

  十多年以前以为用UC3842和MOSFET制作的分离元件开关电源,线路已较为简单,但与其相比,TopSwitch制作的开关电源电路更加简单。由于它们同样是采用固定频率PWM方式,其开关损耗几乎与负载无关,导致轻载时电源效率明显降低。而采用TinySwitch除电路非常简单外,同时还具有高效率、低成本的显著特点。

    2  Tiny Switch(253/254/255系列)简介

  Tiny Switch把控制IC和功率MOSFET集成在一起,实际上只需四个功能引脚。

  (1)TinySwitch各引脚功能

  漏极(D):功率MOSFET漏极,为起动和稳态工作提供工作电流。

  旁路(BP):内接5.8V稳压器,外接滤波电容。正常工作时,旁路电容在TinySwitch中MOSFET导通期间为控制电路提供能量。

  使能(EN):功率MOSFET是否导通控制端。正常工作情况,EN端为高电平时,MOSFET导通;EN端为低电平时,MOSFET关断。

  源极(S):功率MOSFET源极。

  (2)TinySwitch器件的突出特点

内置芯片供电电源,省去外加辅助电源,可使输出电压不影响电路工作。

  控制方式采用逐周电流限制方式,可减小电流纹波。?跳周期?的工作方式通过改变有效的工作频率,使开关损耗与负载呈线性比例,从而使不同负载情况下,电源均具有较高效率。

  内置过热保护电路之超温闭锁功能,确保开关电源安全工作。

     3  TinySwitch的特性

  (1)TinySwitch控制方式

  TinySwitch功能框图如图1所示。

  芯片正常工作时,TinySwitch内部振荡器周期性起动MOSFET,每个周期内,由限流电路检测MOSFET的电流,并将其与门限值比较,当其超过门限(ILIMIT)时,功率MOSFET在此周期剩余时间内关断。也就是说,当TinySwitch正常工作时,由限流电路对MOSFET进行逐周电流限制,以决定功率MOSFET在每个周期内的最大导通时间(tmax)。需要注意的问题是:MOSFET的电流是否会在tmax时间内达到门限(ILIMIT)呢?这一点只要在电源设计时,选择的TinySwitch器件在最低的输入电压时满足功率要求,经计算得出的变压器初级电感便可使电流在tmax限制时间内逐渐升至门限值ILIMIT)。

  TinySwitch内部限流电路的门限值(ILIMIT)为常数,内部振荡器把MOSFET的开关频率设定为常数,由于TinySwitch的门限值和频率均为常数,利用其进行隔离型电源设计,次级的(最大)输出功率亦为常数。

  (2)TinySwitch工作模式

  反激式开关电源的输出功率与门限值、变压器初级电感和开关频率相关,即

  那么,输出功率一定的TinySwitch芯片是如何工作来满足不同负载要求的呢?分析式(1),再结合芯片特点,即可以得出结论。由于TinySwitch门限值和变压器初级电感均为常数,那么若想改变输出功率P,只能着眼于开关频率f,TinySwitch采用?跳周期?的工作方式,正是以改变功率MOSFET有效的开关频率,以实现不同的功率输出。

  在分析TinySwitch是如何?跳周期?时,先了解一下芯片的EN引脚。参照图1,使能引脚电路中有一个设定为1.5V

     摘要:介绍应用于小功率开关电源的控制器件?TinySwitch的特点,并讨论在待机电源和充电器中的应用。

      Abstract:ThecharacteristicsofTinyswitchwhichisusedinlowpowerswitch

modepowersupplyareintroducedinthispaper,andapplicationsofTinySwitch

instand-bypowerSupplyandChargeraredwelledon.

    关键词:逐周电流限制跳周期

    Keywords:Cyclebycyclecurrentlimited,Jumpcycle

    1  引 言

  中大功率开关电源在市场上占有较大份额,然而小功率开关电源在很多场合,例如在待机电源中是必不可少的。TinySwitch特别适用于为用户提供10W以下的隔离型开关电源。

  十多年以前以为用UC3842和MOSFET制作的分离元件开关电源,线路已较为简单,但与其相比,TopSwitch制作的开关电源电路更加简单。由于它们同样是采用固定频率PWM方式,其开关损耗几乎与负载无关,导致轻载时电源效率明显降低。而采用TinySwitch除电路非常简单外,同时还具有高效率、低成本的显著特点。

    2  Tiny Switch(253/254/255系列)简介

  Tiny Switch把控制IC和功率MOSFET集成在一起,实际上只需四个功能引脚。

  (1)TinySwitch各引脚功能

  漏极(D):功率MOSFET漏极,为起动和稳态工作提供工作电流。

  旁路(BP):内接5.8V稳压器,外接滤波电容。正常工作时,旁路电容在TinySwitch中MOSFET导通期间为控制电路提供能量。

  使能(EN):功率MOSFET是否导通控制端。正常工作情况,EN端为高电平时,MOSFET导通;EN端为低电平时,MOSFET关断。

  源极(S):功率MOSFET源极。

  (2)TinySwitch器件的突出特点

内置芯片供电电源,省去外加辅助电源,可使输出电压不影响电路工作。

  控制方式采用逐周电流限制方式,可减小电流纹波。?跳周期?的工作方式通过改变有效的工作频率,使开关损耗与负载呈线性比例,从而使不同负载情况下,电源均具有较高效率。

  内置过热保护电路之超温闭锁功能,确保开关电源安全工作。

     3  TinySwitch的特性

  (1)TinySwitch控制方式

  TinySwitch功能框图如图1所示。

  芯片正常工作时,TinySwitch内部振荡器周期性起动MOSFET,每个周期内,由限流电路检测MOSFET的电流,并将其与门限值比较,当其超过门限(ILIMIT)时,功率MOSFET在此周期剩余时间内关断。也就是说,当TinySwitch正常工作时,由限流电路对MOSFET进行逐周电流限制,以决定功率MOSFET在每个周期内的最大导通时间(tmax)。需要注意的问题是:MOSFET的电流是否会在tmax时间内达到门限(ILIMIT)呢?这一点只要在电源设计时,选择的TinySwitch器件在最低的输入电压时满足功率要求,经计算得出的变压器初级电感便可使电流在tmax限制时间内逐渐升至门限值ILIMIT)。

  TinySwitch内部限流电路的门限值(ILIMIT)为常数,内部振荡器把MOSFET的开关频率设定为常数,由于TinySwitch的门限值和频率均为常数,利用其进行隔离型电源设计,次级的(最大)输出功率亦为常数。

  (2)TinySwitch工作模式

  反激式开关电源的输出功率与门限值、变压器初级电感和开关频率相关,即

  那么,输出功率一定的TinySwitch芯片是如何工作来满足不同负载要求的呢?分析式(1),再结合芯片特点,即可以得出结论。由于TinySwitch门限值和变压器初级电感均为常数,那么若想改变输出功率P,只能着眼于开关频率f,TinySwitch采用?跳周期?的工作方式,正是以改变功率MOSFET有效的开关频率,以实现不同的功率输出。

  在分析TinySwitch是如何?跳周期?时,先了解一下芯片的EN引脚。参照图1,使能引脚电路中有一个设定为1.5V

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