【应用】使用TNY288PG离线式开关IC设计的12V/1A反激式电源,12W输出功率,全载效率高达84%
Power Integrations (PI)公司推出的TinySwitch-4系列,可以轻松调整器件电流限制以增加输出功率或更高效率的操作,以及锁存输出过压关断。如图1所示,本应用方案使用TinySwitch-4系列IC的TNY288PG器件设计的一个85~265VAC通用输入,12 V,1 A输出的反激式电源,同时,其纹波输出电压为100mV,输出功率为12W,过压关断电压为15~18V。此外,在25℃的测试条件下,全载的效率高达84%。
图1,利用TNY288PG设计的12 V,1 A反激式电源
该原理图如图2所示,利用TNY288PG设计的反激式拓扑电源,通过使用齐纳基准的光耦反馈来实现次级侧恒压(CV)调节,包括输入整流和过滤,TNY288PG相关操作,输出整流和滤波,反馈和输出电压调节,输出过压关断,EMI设计,峰值初级电流限制选择,欠压锁定几大部分。
图2,利用TNY288PG设计的12 V,1 A反激式电源原理图
1.输入整流和过滤
AC输入电压由输入桥D1-D4整流,然后通过大容量存储电容器C1和C2对经整流的DC进行滤波。同时,电感L1,C1和C2构成输入π型滤波器,可以衰减差模传导EMI。
2 TNY288PG相关操作
TNY288PG器件(U1)集成了电源开关器件,振荡器,控制,启动和保护功能。
经整流和滤波的输入电压施加到T1的初级绕组,电源变压器(T1)初级绕组的一侧连接到C2的正极,另一侧连接到U1的漏极(D)引脚。在开关周期开始时,控制器开启功率MOSFET,电流在初级绕组中上升,从大容量电容器向变压器提供能量。当该电流达到极限阈值时,控制器关闭功率MOSFET。由于变压器绕组的相位和输出二极管的方向,存储的能量在回扫时间内被传递到输出电容器。
当功率MOSFET关断时,变压器的漏电感会在漏极节点上引起电压尖峰,该尖峰的幅度受到由D5,C4和R2组成的RCD钳位网络的限制。电阻R2和R1不仅可以抑制功率MOSFET关断时发生的高频泄漏环,还可以在功率MOSFET导通时限制通过D5的反向电流,这样可以将一个缓慢,低成本的玻璃钝化二极管(恢复时间≤2μs)用于D5,因为慢速二极管还可以改善传导EMI和效率。当平均开关频率较低时,齐纳二极管VR1定义C4两端的最低电压,从而防止钳位成为重要负载,这样的设计提高了轻载效率并降低了待机输入功率。另外,由于通过VR1的电流受R1的限制,可以使用低成本标准齐纳二极管代替所示的TVS类型。
U1可以根据对其ENABLE / UNDERVOLTAGE(EN / UV)引脚的反馈,通过使用ON / OFF控制来跳过开关周期,以调节输出电压。在每个开关周期之前对EN / UV引脚电流进行采样,以确定是应该启用还是禁用该开关周期。如果EN / UV引脚电流<115μA,则下一个开关周期开始,并在通过MOSFET的电流达到内部电流限制阈值时终止。为了均匀地扩展开关周期,防止组脉冲,EN / UV引脚阈值电流根据前一周期中的状态在115μA和60μA之间调制。内部状态机将电流限制设置为适合工作条件的4个电平之一,确保开关频率保持在可听范围之上,直到变压器磁通密度足够低以防止可听见的噪声。当使用变压器的标准浸涂漆时,实际上可以消除可听噪声。
3 输出整流和滤波
输出整流由D7提供,对于额定纹波电流规格,低ESR电容C10可在较小尺寸内实现最小输出电压纹波和噪声。后置滤波器(铁氧体磁珠L2和C11)进一步衰减噪声和纹波,以满足规范要求。
4 反馈和输出电压调节
电源的输出电压调节设定点由齐纳二极管VR3,R6和光耦U2中的LED产生的电压设定。通过计算R4的值可以在其进入反向雪崩传导时,将VR3偏置到约0.5mA,这可确保其接近其额定拐点电流;电阻R6限制负载瞬变期间的最大电流, R4和R6的值都可以略微变化,以微调输出调节设定点;当输出电压高于设定值时,U2中的LED变为正向偏置,同时在初级侧,U2的光电晶体管导通,并从U1的EN / UV引脚吸取电流。在每个开关周期开始之前,控制器检查EN / UV引脚电流,如果流出EN / UV引脚的电流大于115μA,则该开关周期将被禁用。当开关周期被启用和禁用时,输出电压保持非常接近调节设定点。为了获得更高的输出电压调节精度,可以使用TL431等参考IC代替VR3。
5 输出过压关断
通过检测整流的偏置绕组电压来完成过压检测。过压阈值是VR2和BYPASS(BP)引脚电压(15 V + 5.8 V)之和。当发生过压情况使得偏置绕组输出电压超过阈值电压时,电流开始流入旁路引脚。当此电流超过5 mA时,U1中的内部关断电路被激活。通过移除输入功率并允许旁路引脚电压降至2 V以下来实现复位。电阻R7和R3提供额外的偏置滤波,R3也限制OV条件下进入旁路引脚的最大电流
6 EMI设计方面
除了用于差模EMI的简单输入π滤波器(C1,L1和C2)之外,该设计还利用变压器中的屏蔽技术来降低共模EMI位移电流。同时,增加电阻器R2和C4作为阻尼网络,以减少高频变压器振铃。这些技术与TNY288PG的频率抖动相结合,可提供出色的电磁兼容性能。
7 峰值初级电流限制选择
图2的原理图显示了连接到BP / M引脚的C7,C8和C9的三个可能值的电容,这些不同的电容值可用于实现TinySwitch-4系列的电流限制选择功能。此功能允许设计人员选择适合应用的电流限制。
•使用0.1μF BP/ M引脚电容选择标称电流限值,这是典型封闭式适配器应用的正常选择。
•当使用1μF BP/ M引脚电容时,电流限制会降低,从而降低RMS器件电流,从而提高效率,但代价是牺牲最大功率容量。
•如果使用10μF BP/ M引脚电容,则电流限制会增加到高于标称值,从而扩展了在热条件允许的情况下需要更高功率的应用的功率容量。
该电路配有一个0.1μF电容作为C7安装,使U1选择TinySwitch-4数据手册中规定的标准电流限值。如果C7由1μF电容代替,则U1的电流限制将与TNY287PG器件的标准电流限制相同。如果安装了10μF电容,则U1的电流限制将与TNY289PG器件的标准电流限制相同。该设计选项的灵活性使设计人员能够做三件事。首先,它允许测量切换到相邻设备的效果,而无需实际移除和更换IC。其次,它允许更大的器件以更低的电流限制使用,以实现更高的效率。第三,当连续不需要更高功率时,它允许在设计中使用具有更高电流限制的更小器件,这有效地降低了电源成本。
8 欠压锁定
该电路设计可以安装可选的欠压(UV)锁定检测电阻(R5)。安装后,MOSFET开关在启动时禁用,直到进入EN / UV引脚的电流超过25μA,这允许设计人员通过选择R5的值来设置启用MOSFET开关的输入电压。 例如,在进入EN / UV引脚的电流超过25μA之前,3.6MΩ的值要求输入电压为65 VAC(C2上为92 VDC)。欠压检测功能还可以防止电源输出故障(试图重新启动)后,输出调节丢失(在关机期间),禁用MOSFET开关,直到输入电压上升到欠压锁定阈值。
变压器规格
变压器绕组方式如图3,其中30AWG X 2的2是两股线,AWG是线径规格;14T是绕14圈,其他依此类推即可。
图3,变压器电气图
变压器在每秒60Hz的测量条件下,其耐压值为交流3000V;引脚1,3主绕组电感量:在其他所有绕组开路,测量频率为100kHz和0.4 VRMS时,测得初级电感为1189μH;引脚1,3主绕组,其他所有绕组开路时,测得谐振频率最小为500KHz;引脚1,3主绕组漏感:当引脚6,8短路,测量频率为100kHz和0.4 VRMS时,测得初级漏电感最大为50uH。
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品牌:PI
品类:Energy Efficient, High-Power Off-Line Switcher with Accurate Primary-Side Regulation (PSR)
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现货:3,840
品牌:PI
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价格:¥6.6060
现货:3,840
品牌:PI
品类:Energy Efficient, High-Power Off-Line Switcher with Accurate Primary-Side Regulation (PSR)
价格:¥3.2612
现货:3,840
品牌:PI
品类:Energy Efficient, High-Power Off-Line Switcher with Accurate Primary-Side Regulation (PSR)
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现货:3,840
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