TinySwitch-III系列芯片：高效離線開關(guān)電源的理想之選

在電子工程師的日常設(shè)計(jì)工作中，選擇一款合適的開關(guān)電源芯片至關(guān)重要。今天要給大家詳細(xì)介紹的是Power Integrations公司的TinySwitch-III系列芯片，以TNY274 - 280型號(hào)為例，它在成本、性能、安全等方面都有著出色的表現(xiàn)。

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產(chǎn)品亮點(diǎn)：低成本與高性能兼得

成本與靈活性優(yōu)勢(shì)

TinySwitch-III系列芯片最大的特點(diǎn)之一就是能夠以較低的系統(tǒng)成本實(shí)現(xiàn)高靈活性的設(shè)計(jì)。它采用簡(jiǎn)單的ON/OFF控制方式，無(wú)需復(fù)雜的環(huán)路補(bǔ)償，通過BP/M電容值就能輕松選擇電流限制，這為不同功率需求的應(yīng)用提供了極大的便利。比如，在不同的應(yīng)用場(chǎng)景中，我們可以通過更換芯片來選擇合適的電流限制，而無(wú)需對(duì)其他電路進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。同時(shí)，其緊密的I2f參數(shù)公差降低了系統(tǒng)成本，最大化了MOSFET和磁體的功率傳輸，還能最小化最大過載功率，從而降低變壓器、初級(jí)鉗位和次級(jí)組件的成本。

低EMI與高效能設(shè)計(jì)

頻率抖動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用使得該系列芯片能夠有效降低EMI濾波器成本。其內(nèi)部集成的振蕩器會(huì)引入小幅度的頻率抖動(dòng)，通常峰峰值為8kHz，調(diào)制率為1kHz，能很好地優(yōu)化平均和準(zhǔn)峰值發(fā)射的EMI降低效果。此外，ON-time擴(kuò)展功能可以延長(zhǎng)低線調(diào)節(jié)范圍和保持時(shí)間，減少輸入大容量電容，進(jìn)一步降低成本。芯片的自偏置設(shè)計(jì)無(wú)需偏置繞組或偏置組件，SOURCE引腳的電氣特性安靜，有助于降低EMI。

安全與可靠性：多重保護(hù)，穩(wěn)定運(yùn)行

完善的保護(hù)機(jī)制

TinySwitch-III系列芯片具備一系列增強(qiáng)的安全和可靠性特性。精確的滯回?zé)彡P(guān)斷保護(hù)功能，能夠在芯片溫度過高時(shí)自動(dòng)觸發(fā)關(guān)斷，并在溫度恢復(fù)正常后自動(dòng)重啟，無(wú)需手動(dòng)復(fù)位。改進(jìn)的自動(dòng)重啟功能在短路和開環(huán)故障條件下，僅輸出小于3%的最大功率，有效保護(hù)電路。輸出過壓關(guān)斷功能可搭配可選的齊納二極管使用，通過單個(gè)可選電阻就能設(shè)置線路欠壓檢測(cè)閾值。

高可靠性設(shè)計(jì)

極低的組件數(shù)量不僅提高了可靠性，還能實(shí)現(xiàn)單面印刷電路板布局。高帶寬設(shè)計(jì)使得芯片能夠快速開啟，無(wú)過沖現(xiàn)象，并且具有出色的瞬態(tài)負(fù)載響應(yīng)。DRAIN引腳與其他引腳之間的擴(kuò)展爬電距離也提高了現(xiàn)場(chǎng)可靠性。

節(jié)能特性：輕松滿足全球能效法規(guī)

TinySwitch-III系列芯片采用了EcoSmart技術(shù)，具有極高的能源效率。在265VAC無(wú)偏置繞組的情況下，空載功耗小于150mW，有偏置繞組時(shí)小于50mW，輕松滿足所有全球能源效率法規(guī)。ON/OFF控制方式能夠在輕負(fù)載下保持恒定的效率，非常適合強(qiáng)制CEC法規(guī)和1W PC待機(jī)要求。

應(yīng)用廣泛：滿足多樣需求

該系列芯片的應(yīng)用范圍十分廣泛，涵蓋了手機(jī)、無(wú)繩電話、PDA、數(shù)碼相機(jī)、MP3/便攜式音頻設(shè)備、剃須刀等的充電器/適配器，以及PC待機(jī)和其他輔助電源、DVD/PVR和其他低功率機(jī)頂盒解碼器、電器、工業(yè)系統(tǒng)、計(jì)量等的電源供應(yīng)。

芯片功能解析：內(nèi)部構(gòu)造與工作原理

內(nèi)部電路集成

TinySwitch-III系列芯片集成了700V功率MOSFET、振蕩器、高壓開關(guān)電流源、電流限制（用戶可選）和熱關(guān)斷電路。它采用ON/OFF控制方案，為設(shè)計(jì)提供了靈活的解決方案，同時(shí)具備較低的系統(tǒng)成本和擴(kuò)展的功率能力。

引腳功能詳解

• DRAIN (D) 引腳：作為功率MOSFET的漏極連接點(diǎn)，為芯片的啟動(dòng)和穩(wěn)態(tài)運(yùn)行提供內(nèi)部工作電流。
• BYPASS/MULTI - FUNCTION (BP/M) 引腳：具有多種功能。它是內(nèi)部產(chǎn)生的5.85V電源的外部旁路電容的連接點(diǎn)，同時(shí)也是電流限制值的模式選擇器，通過不同的電容值可以選擇不同的電流限制。此外，該引腳還具備關(guān)斷功能，當(dāng)流入該引腳的電流超過特定閾值時(shí)，芯片會(huì)鎖存關(guān)斷，直到BP/M引腳電壓下降到特定值。
• ENABLE/UNDERVOLTAGE (EN/UV) 引腳：具有使能輸入和線路欠壓檢測(cè)的雙重功能。在正常運(yùn)行時(shí)，通過該引腳控制功率MOSFET的開關(guān)。當(dāng)從該引腳流出的電流超過閾值時(shí)，功率MOSFET會(huì)停止開關(guān)；當(dāng)電流下降到閾值以下時(shí)，開關(guān)恢復(fù)。同時(shí)，該引腳還能通過外部電阻檢測(cè)線路欠壓情況。
• SOURCE (S) 引腳：內(nèi)部連接到輸出MOSFET的源極，用于高壓功率返回和控制電路的公共端。

工作模式與特性

TinySwitch-III系列芯片工作在電流限制模式下。振蕩器的典型頻率內(nèi)部設(shè)置為平均132kHz，通過頻率抖動(dòng)技術(shù)降低EMI。芯片內(nèi)部的電流限制狀態(tài)機(jī)能夠在輕負(fù)載時(shí)降低電流限制，將有效開關(guān)頻率提高到音頻范圍以上，減少變壓器磁通密度和相關(guān)的可聽噪聲。自適應(yīng)開關(guān)周期導(dǎo)通時(shí)間擴(kuò)展功能可以在電流達(dá)到限制之前保持周期導(dǎo)通，減少維持穩(wěn)壓所需的最小輸入電壓，延長(zhǎng)保持時(shí)間并減小大容量電容的尺寸。

應(yīng)用示例：以TNY278為例

以一個(gè)使用TNY278設(shè)計(jì)的12V、1A通用輸入電源為例，該電源具有欠壓鎖定、初級(jí)感應(yīng)輸出過壓鎖定關(guān)斷保護(hù)、高效率（>80%）和極低的空載消耗（在265VAC時(shí)<50mW）等特點(diǎn)。輸出穩(wěn)壓通過簡(jiǎn)單的齊納參考和光耦反饋實(shí)現(xiàn)。在電路設(shè)計(jì)中，采用了多種技術(shù)來優(yōu)化性能，如使用Zener鉗位和并聯(lián)RC組合來優(yōu)化EMI和能源效率，通過調(diào)整光耦的導(dǎo)通周期來維持輸出穩(wěn)壓等。

關(guān)鍵應(yīng)用考慮：設(shè)計(jì)要點(diǎn)與注意事項(xiàng)

輸出功率設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)時(shí)，需要參考數(shù)據(jù)手冊(cè)中的輸出功率表，該表給出了在特定假設(shè)條件下每個(gè)芯片型號(hào)的最小實(shí)際連續(xù)輸出功率。這些條件包括輸入電壓、效率、I2f值、變壓器初級(jí)電感公差、反射輸出電壓等。同時(shí)，為了防止開關(guān)周期過早終止導(dǎo)致功率能力下降，建議將瞬態(tài)Kp限制設(shè)置為≥0.25。

過壓保護(hù)設(shè)計(jì)

輸出過壓保護(hù)功能通過內(nèi)部鎖存電路實(shí)現(xiàn)，當(dāng)BP/M引腳的電流超過約5.5mA時(shí)觸發(fā)。為了確保該功能的最佳性能，建議使用相對(duì)較高的偏置繞組電壓（15V - 30V），并合理選擇齊納二極管的電壓。同時(shí)，可以通過在偏置繞組二極管和/或OVP齊納二極管串聯(lián)低阻值電阻來增加額外的濾波。

降低空載消耗

TinySwitch-III系列芯片可以通過添加偏置繞組來降低空載輸入功率消耗。通過選擇合適的電阻值，從偏置繞組為芯片供電，抑制內(nèi)部高壓電流源，從而將空載消耗降低到<50mW。

布局與布線注意事項(xiàng)

在PCB布局方面，要采用單點(diǎn)接地，將BP/M引腳電容靠近BP/M和SOURCE引腳放置，保持連接到EN/UV引腳的走線短，并盡量遠(yuǎn)離其他走線和高于源電位的節(jié)點(diǎn)。同時(shí)，要減小初級(jí)環(huán)路面積，優(yōu)化初級(jí)鉗位電路的布線，注意熱管理和Y電容的放置，以及光耦和輸出二極管的布局。

設(shè)計(jì)驗(yàn)證與測(cè)試

在設(shè)計(jì)完成后，需要進(jìn)行一系列的測(cè)試來驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可靠性。包括驗(yàn)證最大漏極電壓不超過650V，最大漏極電流在各種條件下不超過規(guī)定的絕對(duì)最大額定值，進(jìn)行熱檢查確保各組件的溫度不超過規(guī)格要求等。

TinySwitch-III系列芯片在成本、性能、安全和節(jié)能等方面都有著出色的表現(xiàn)，為電子工程師在開關(guān)電源設(shè)計(jì)中提供了一個(gè)優(yōu)秀的選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的需求和設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行合理的選擇和布局，以確保電路的穩(wěn)定運(yùn)行和高效性能。你在使用類似芯片的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。