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宽范围小功率输入开关电源的设计与实现

时间:2009-07-08 21:08:34来源:网络 作者:admin 点击:
摘要:基于TinySwith系列芯片,详细介绍了用于给一款定时计数单元供电的开关电源的设计方法,该电路在宽范围输入电压范围内,采用单端反激式拓扑电路,利用光藕反馈和脉冲宽度调制技术实现电压稳定输出。
开关电源被誉为高效节能型电源,它代表着电源 class="wz_rc">稳压电源的发展方向,现已成为电源 class="wz_rc">稳压电源的主流产品。随着现代科技的高速发展,功率器件的不断完善、更新,PWM 技术的发展日趋完善,开关电源正朝着短、小、轻、薄的方向发展。本文介绍了一种基于TinySwith系列芯片设计的小功率AC/DC开关电源的原理及设计方法。
1 单端反激式开关电源的控制原理
所谓单端是指高频变压器的铁心工作在B-H曲线的一侧。反激式则指当功率MOSFET导通时,就将电能储存在高频变压器的初级绕组上,仅当MOSFET关断时,才向次级输送电能。由于开关频率高达上百kHz,使得高频变压器能够快速存储、释放能量,经高频整流滤波后即可获得直流连续输出。而反馈回路通过控制TinySwitch器件的控制端的电流来调节占空比以达到稳压的目的[1]。
2 TinySwitch系列芯片选型及介绍
电流型脉冲宽度调制集成电路 class="wz_rc">集成电路TNY255是一种高性能的、单端输出的、固定频率的电流型PWM 控制器,能很好地应用在隔离式单端反激开关电源的设计以及直流一直流变换器设计之中,它最大的优点是外接元件少,外电路装配简单,成本低廉。它的内部电路包括如下主要功能:
①可调整的充放电振荡电路,可精确地控制占空比;
②采用电流型操作,并可在133kHZ高频下工作;
③具有自动补偿功能;
④带锁定的PWM,可以进行逐个脉冲的电流限制;
⑤具有内部可调整的参考电源,可以进行欠压锁定;
⑥采用图腾柱输出电路,提供大电流输出,输出电流可达1A;
⑦工作电流低,且能进行低电流启动;
⑧可直接对双极晶体管和MOSFETS管进行驱动。
TinySwitch功能框图如图1所示。

图1   Tiny Switch功能框图
2.1 TinySwitch的工作模式
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,再结合芯片特点,由于TinySwitch门限值和变压器初级电感均为常数,因此若想改变输出功率,只有通过改变开关频率来实现。TinySwitch采用“跳周期”的工作方式,即以改变功率MOSFET有效的开关频率,以实现不同的功率输出。芯片的使能(EN)引脚正常工作时,若EN端为高电位MOSFET导通,反之则关断。如图1所示,EN引脚电路中有一个设为1.5V的源极跟随输入。输入电流被10μA的滞回电流源箝位。在振荡器时钟信号(每个周期之始)的上升沿,对EN检测电路的输出取样,若为高,则此周期导通功率MOSFET,否则功率MOSFET在相应周期保持关断,即跳过该工作周期,由于对EN引脚取样仅在每个周期之始进行一次,周期中EN引脚上的其它变化可以不考虑。这样便可对芯片进行开/关控制,如果使EN端为高(<40μA)则执行开关周期,继续在下一个时钟周期之初对EN引脚状态进行取样。
于是满载时,让Tiny Switch在大部分时钟周期导通,不足满载时,TinySwitch将“跳过”更多周期以保持次级输出电压稳定。在轻载或空载时,几乎跳过所有周期,只有一小部分周期导通以供给电源的功率消耗。w w w . d z i u u . c o m

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