DI-177参考设计TinySwitch-III

DI-177参考设计
TinySwitch-III
®
用于电炉控制的9 W、可承受高环境温度的电源设计
应用
器件
输出功率
输入电压
输出电压
拓扑结构
电炉控制
TNY279PN
9W
165 – 265 VAC
9V
反激式
设计特色
• 工作环境温度高(TAMB = 105 °C)
• 极高能效
• 符合CEC 2008对带载模式效率的要求(要求为68.8%,可达
到82%)
• 在265 VAC输入时的空载输入功率< 150 mW
• 增强保护功能
• 迟滞过热关断保护
• 自动重启动功能提供输出短路保护
• 满足EN55022B传导EMI限值,EMI裕量>8 dBμV
工作原理
高工作环境温度要求电源具有较高效率,以减小自身的热量。
TinySwitch-III器件能够提供高效率、低成本解决方案,因此非常
适合此类应用。
U3中的控制器通过光耦合器U2接收来自次级的反馈,并根据该反馈
使能或禁止其集成的MOSFET的开关,以维持输出电压的稳定。根
据输出电压的大小,电流流经VR2、R6以及U2中的LED。等比例的
电流从EN/UV脚被拉出。如果从EN/UV引脚流出的电流超过115
μA的关断阈值电流,将会跳过开关周期。当EN/UV引脚流出的电流
低于关断阈值电流时,将会使能随后的开关周期。
对关断阈值进行调制,以防止群脉冲的发生并确保电流脉冲均匀
间隔,从而提高输出纹波及整体效率。通过调整使能脉冲与禁止
脉冲的比率,可以维持输出稳压。这也可以使转换器和负载的效
率得到优化。
为了提高效率,U3将在降低的电流限流点模式下进行工作。通过
调节旁路电容C5的值,可以将器件的内部电流限流点设定为较低
的值。在降低的电流限流点模式下,MOSFET的R DS(ON)损耗将降
图1中所示的反激式电源可以在165 - 265 VAC的输入电压范围内
工作。它能够提供9 V、1 A的输出电流,非常适合电炉控制等在
高环境温度下的应用。
低,同时将提高整体效率,这点对于本应用来说是至关重要。
AC输入电压由D1-D4进行整流,由C1和C2进行滤波。保险丝
F1在发生严重故障时保护。电感L1、L3以及电容C1、C2和C9提
供差模滤波。Y电容C4提供共模滤波。
度振荡,因而可以提高EMI裕量。
L3
Ferrite Bead
元件D5、R1、R2、VR1和C3形成箝位电路。这种VR1和R1的串联
设计可以降低空载和待机模式下的箝位损耗。电阻R2用于抑制过
C4
2.2 nF
250 VAC
VR1
P6KE150A
R2
100 7
1
10
C9
165 - 265
47 nF
VAC
275 VAC
C7
1200 MF
16 V
C2
10 MF
400 V
5
T1
EF20
TinySwitch-III
D
U3
TNY279PN
C8
100 MF
25 V
RTN
4
D5
1N4007GP
C1
10 MF
400 V
D7
SB3100
9 V, 1 A
6
3
D1-D4
1N4007
L2
Ferrite Bead
C3
10 nF
1 kV
R1
1 k7
F1
3.15 A
C10
R8 100 pF
100 7 1 kV
C6
1 MF
50 V
D6
BAV20
R7
30 k7
VR2
1N5237B
8.2 V
R6
240 7
EN/UV
S
L1
1000 MH
C5
1 MF
50 V
U2
PC817A
PI-5013-032808
BP/M
图 1. 适用于高环境温度应用的9 W电源电路图,使用TNY279PN设计
www.powerint.com
March 2008
输出由二极管D7进行整流,由低ESR电容C7进行滤波。后级滤波
(L2和C8)可以进一步降低主输出上的开关纹波和噪音。
设计要点
•
为提高效率,选择了比要求的输出功率更大的器件。
•
电阻R2限制了U3导通时流经D5的反向电流,因此可使用一个
偏置绕组还用于在稳态工作期间向U3的BP/M引脚提供电流。选
择R7的值,可以将IC供电电流提供给BP/M引脚,因而抑制了通
常对BP/M引脚电容(C5)充电的内部高压电流源。这样降低了轻载
和空载条件下的输入功耗。
传导EMI的抗干扰性能,但应选用恢复时间约为2 µs的玻璃钝化
二极管。如果没有玻璃钝化二极管(1N4007GP),可以使用
FR107。
•
PI-5014-031008
90
88
86
84
(辐射)EMI。
•
电源的热设计应将U3确定为电路板上最热的元件。这样,U3的
迟滞过热关断功能可以确保电路板的整体温度始终保持在可接
受的范围内。
82
78
76
72
70
155
175
195
215
235
255
275
Input Voltage (V)
80
70
QP
60
QP
40
105
100
95
AV
10
0
1.0
10.0
MHz
图 3. 230 VAC最差情况下测得的EMI,假手连接次级。
还显示了EN55022B极限线
2
3
图 4. 在满载及165 VAC输入条件下测得的源极引脚温度与时间
(环境温度 = 105 °C)
磁芯材料
EF20 NC-2H or equivalent, gapped for ALG of
212 nH/t²
骨架
EF20, 10-pin Vertical
绕组详情
Primary: 57T × 1, 0.16 mm, tape
Bias: 10T × 3, 0.25 mm, 2 layers tape
9 V: 9T × 2, 0.45 mm T.I.W., tape
绕组顺序
Primary-1 (3–1), Bias (4–5), 9 V (10–6),
初级电感量
686 mH, ±12%
初级谐振频率
1 MHz (minimum)
漏感
30 mH (maximum)
-10
-20
0.15
1
变压器参数
30
20
110
Elapsed Time (hours)
AV
50
115
0
PI-5015-032808
图 2. 效率随输入电压的变化
PI-5016-031008
80
74
dBµV
电阻R8和电容C10构成次级侧缓冲器,有助于降低高频率
Source Pin Temperature (°C)
Efficiency (%)
低成本、慢速恢复的整流二极管。选用慢速二极管还可以改善
100.0
表 1. 变压器参数。(TIW = 三层绝缘线)
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A
03/08
DI-177