DI-152参考设计TinySwitch-III
3 W超宽范围输入工业控制用电源
设计特色
•超宽输入电压范围(18 – 265 VAC)•极高能效
•效率为65%
•极低的空载功耗（在230 VAC交流输入时小于200 mW）
•符合CISPR-22/EN55022B传导EMI 限制，EMI 裕量大于 10 dBμV （见图4）
•浮动电流源向BP/M引脚提供电流
•自动重启动功能允许无限制的短路输出
工作原理
本设计使用TNY280PN 的降低限流点模式来实现一个5 V、600 mA 超宽输入电压范围（18至265 VAC ）电源。此类电源的应用包括工业控制所用的辅助电源。
AC 市电由D1进行整流。电容C1和C2用于平滑半波整流的波形，为反激式电源提供高压直流。电感L1放置在C1和C2之间，构成了一个π形滤波器，用于降低差模传导EMI 。在变压器的初级和次级绕组之间使用了Y 电容C6，用来降低共模噪声。
数据手册中注明的用于确保U1正常启动和工作的最小漏极电压限值为50 V 。但是，如果通过外部电源向旁路引脚馈电，芯片可接受外部供电，那么即使在较低的输入电压下也可启动和工作。
由Q1、Q2、VR2、D2、D4、R4、R5和R6组成的启动电路是一个浮动恒流源（在图2单独显示），它能够在整个输入电压范围内为TinySwitch-III 的BP/M引脚提供约为600 μA 的恒流。 该电路源自基本的单晶体管电流源，它采用一个齐纳二极管(VR2)，为Q2(NPN)的基极引出端设定参考电压，并以此给R5两端一个固定电压，从而设定恒流值。然而，由于输入电压的范围很宽，参考齐纳二极管的偏置电流在很大范围内变化。这将导致功率耗散增加并使编程的恒流发生偏移。要克服上述难题，需要由其它的电流源（由Q1(PNP)与R4形成）提供偏置电流。将等于V BE 的恒压强加于R4，这将在整个工作范围内固定流入参考齐纳二极管的偏置电流。Q2在较低输入电压下提供恒流，而Q1则在较高的输入电压下提供恒流。图2还显示了电流流经Q1和Q2时的模拟结果。输入电压达到大约50 VDC 时，Q2将提供恒流。输入电压超过50 VDC 时，经过Q2的电流将线性降低，而经过Q1的电流则呈线性增加。输入电压达到最大值375 VDC 时，则主要由Q1提供恒流。
TinySwitch-III(U1)采用开/关控制，提供了非常简单的反馈方式和非常快速的动态响应功能。U1中的控制器通过光耦合器U2接收来自次级的反馈，这样可以使能或禁止其集成MOSFET 的开关， 以维持输出电压的稳定。流经U2A 内LED 的电流代表输出电压。和LED 电流成比例的电流从EN/UV脚被拉出。一旦电流超过
C61nF VAC
1mH
图 1. 使用TinySwitch-III 的宽范围输入5 V, 600 mA电源的电路设计
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September 2007
1.4
设计要点
•确认在高电压和最大过载条件下最大漏极电压小于650 V。根据需要调整R1和C3的值。然而要避免箝位电路消耗过大（例如R1的值较低，而C3的值较高），否则将导致空载功耗的增加。
•
1.210.80.60.40.20
5.00E-07 1.00E-06 2.00E-06 2.50E-06 3.00E-06
-0.2
Drain Current Current Limit SOA Limit
将慢速阻断二极管D5与一个100 Ω的串联电阻配合使用。为确保反向恢复时间不超过2 μs ，请仅使用玻璃钝化(GP)类型的二极管。如果没有玻璃钝化类型的二极管，可以使用如FR107类的快速二极管代替。选择的这些二极管可重新再利用部分的箝位能量并提高空载效率。
由于电源输入电压范围宽，因此初级电感量必须足够低，避免过度的电流连续设计。但是，低电感量会导致265 VAC下的di/dt 值过大，并会因流限延迟时间的影响而造成漏极电流过冲。图3显示了在265 VAC输入和满载条件下测得的漏极电流。测得的峰值漏极电流为900 mA 。数据手册中规定的TNY280PN 的绝对最大电流为1.36 A，从而留有充足的安全裕量。
根据公式I = (VVR2) / R5，电阻R5与VR2共同决定了恒流值(600 μA) 。
•
图 3. 峰值电流超过电流限流点，但仍在数据手册注明的限值内
•
600 µA
BP C u r r e n t
400 µA
P I -4791-090407
200 µA
图 4. 230 VAC最差情况下测量的EMI ，输出RTN 接假手
Q1
100 V200 V
DC Bus Voltage
300 V
变压器参数
磁芯材料骨架
μH, ±12%μH (maximum)
PI-4792-090407
图 2. 在低输入电压条件下，浮动恒流源提供充电电流
绕组详情
绕组顺序初级电感量初级谐振频率漏感
表 1. 变压器参数。（NC = 无连接，TIW = 三层绝缘线）。
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09/07
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P 4799090407
•
P I -4790-082807
EN/UV引脚的关断阈值电流(115 μA) ，将跳过开关周期。当EN/UV 引脚流出的电流低于关断阈值电流时，开关周期将重新使能。
1.6
DI-152