TinySwitch-III系列芯片：高效離線開關電源的理想之選

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

文件下載：TNY280PG.pdf

產(chǎn)品亮點：低成本與高性能兼得

成本與靈活性優(yōu)勢

TinySwitch-III系列芯片最大的特點之一就是能夠以較低的系統(tǒng)成本實現(xiàn)高靈活性的設計。它采用簡單的ON/OFF控制方式，無需復雜的環(huán)路補償，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用提供了極大的便利。比如，在不同的應用場景中，我們可以通過更換芯片來選擇合適的電流限制，而無需對其他電路進行重新設計。同時，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、初級鉗位和次級組件的成本。

低EMI與高效能設計

頻率抖動技術的應用使得該系列芯片能夠有效降低EMI濾波器成本。其內(nèi)部集成的振蕩器會引入小幅度的頻率抖動，通常峰峰值為8kHz，調制率為1kHz，能很好地優(yōu)化平均和準峰值發(fā)射的EMI降低效果。此外，ON-time擴展功能可以延長低線調節(jié)范圍和保持時間，減少輸入大容量電容，進一步降低成本。芯片的自偏置設計無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，穩(wěn)定運行

完善的保護機制

TinySwitch-III系列芯片具備一系列增強的安全和可靠性特性。精確的滯回熱關斷保護功能，能夠在芯片溫度過高時自動觸發(fā)關斷，并在溫度恢復正常后自動重啟，無需手動復位。改進的自動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，有效保護電路。輸出過壓關斷功能可搭配可選的齊納二極管使用，通過單個可選電阻就能設置線路欠壓檢測閾值。

高可靠性設計

極低的組件數(shù)量不僅提高了可靠性，還能實現(xiàn)單面印刷電路板布局。高帶寬設計使得芯片能夠快速開啟，無過沖現(xiàn)象，并且具有出色的瞬態(tài)負載響應。DRAIN引腳與其他引腳之間的擴展爬電距離也提高了現(xiàn)場可靠性。

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，具有極高的能源效率。在265VAC無偏置繞組的情況下，空載功耗小于150mW，有偏置繞組時小于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載下保持恒定的效率，非常適合強制CEC法規(guī)和1W PC待機要求。

應用廣泛：滿足多樣需求

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

芯片功能解析：內(nèi)部構造與工作原理

內(nèi)部電路集成

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

引腳功能詳解

• DRAIN (D) 引腳：作為功率MOSFET的漏極連接點，為芯片的啟動和穩(wěn)態(tài)運行提供內(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，同時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，該引腳還具備關斷功能，當流入該引腳的電流超過特定閾值時，芯片會鎖存關斷，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的雙重功能。在正常運行時，通過該引腳控制功率MOSFET的開關。當從該引腳流出的電流超過閾值時，功率MOSFET會停止開關；當電流下降到閾值以下時，開關恢復。同時，該引腳還能通過外部電阻檢測線路欠壓情況。
• 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)部設置為平均132kHz，通過頻率抖動技術降低EMI。芯片內(nèi)部的電流限制狀態(tài)機能夠在輕負載時降低電流限制，將有效開關頻率提高到音頻范圍以上，減少變壓器磁通密度和相關的可聽噪聲。自適應開關周期導通時間擴展功能可以在電流達到限制之前保持周期導通，減少維持穩(wěn)壓所需的最小輸入電壓，延長保持時間并減小大容量電容的尺寸。

應用示例：以TNY278為例

以一個使用TNY278設計的12V、1A通用輸入電源為例，該電源具有欠壓鎖定、初級感應輸出過壓鎖定關斷保護、高效率（>80%）和極低的空載消耗（在265VAC時<50mW）等特點。輸出穩(wěn)壓通過簡單的齊納參考和光耦反饋實現(xiàn)。在電路設計中，采用了多種技術來優(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，通過調整光耦的導通周期來維持輸出穩(wěn)壓等。

關鍵應用考慮：設計要點與注意事項

輸出功率設計

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

過壓保護設計

輸出過壓保護功能通過內(nèi)部鎖存電路實現(xiàn)，當BP/M引腳的電流超過約5.5mA時觸發(fā)。為了確保該功能的最佳性能，建議使用相對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，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

在PCB布局方面，要采用單點接地，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，并盡量遠離其他走線和高于源電位的節(jié)點。同時，要減小初級環(huán)路面積，優(yōu)化初級鉗位電路的布線，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。

設計驗證與測試

在設計完成后，需要進行一系列的測試來驗證設計的可靠性。包括驗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)定的絕對最大額定值，進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電源設計中提供了一個優(yōu)秀的選擇。在實際應用中，我們需要根據(jù)具體的需求和設計要點進行合理的選擇和布局，以確保電路的穩(wěn)定運行和高效性能。你在使用類似芯片的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。