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TinySwitch-II在DVD播放机/机顶盒当中的应用

阎金光?? 美国PI公司驻深圳办事处应用工程师?? 2003年09月01日 ?? 收藏0
引言
  本文介绍了美国 PI 公司TinySwitch-II 功率集成芯片及其在反激多路输出开关电源方面的应用,并对一款使用 TinySwitch-II 的多路输出电源的特性进行了分析。
  TinySwitch-II芯片介绍
  TinySwitch-II 系列芯片是一种将 700V 功率 MOSFET 及相应控制电路集成在一起的一个单片功率集成器件。内部包含有高压 MOSFET、振荡器、高压开关电流源、限流及热关断保护电路。工作时可以由漏极电压提供启动和工作能量,因而无需变压器偏置绕组及相关电路,而且还在器件内结合了自动重启动、输入欠压检测和频率抖动功能。这些功能特点极大地降低了电源的外围元件数目,节省了系统成本,增加了电源的可靠性。
  TinySwitch-II 芯片的工作方式与传统的 PWM (脉宽调制)不同,使用简单的开/关(跳周期)工作方式。它的响应时间比一般的PWM控制快。这使得电压稳定性和瞬态响应极佳。同时,由于内部的频率抖动特性,采用 TinySwitch-II 的电源电磁兼容性能是非常好的。所谓开/关工作方式就是当初级电流达到芯片的限流点时,内部 MOSFET 停止导
通。内部 MOSFET 的开通和关断是由流过 EN (使能)脚的电流来决定的。当引脚流出电流小于 240礎(EN 脚为高电平),TinySwitch 执行一个开关周期。这种流限工作能提供良好的输入交流电源纹波抑制特性,还能提供不受输入电压影响的恒定功率。通常,EN 脚由一个光耦器来驱动。光耦器晶体管的集电极连接到 EN 脚,发射极连接到源极引脚。将光耦器 LED 与一个稳压管串接在输出端上,实现输出稳压。当输出稳压精度要求比较高时,可用 TL431 来作为基准比较器件。
  TinySwitch-II 内部的限流点有四级,内置的流限状态检测电路会根据多个周期的取样序列来确定适当的限流点。芯片实际工作时,根据负载和输入电压的情况,不断及时变动工作限流点,进而改变工作频率,从而可以降低变压器的音频噪声。同时,由于限流点的变动,与单一限流点的跳周期工作方式(比如第一代 TinySwitch 芯片)相比,TinySwitch-II 的实际工作频率相对会更高,这样对多路输出电源中的交叉稳压精度的提高会有帮助。TinySwitch-II? 本身可以通过漏极取电的方式而实现自供电工作,这样在某些设计中可以节省一个偏置绕组,尤其在电源输出电压特别低时,即使偏置绕组上没有电压,TinySwitch 也可以正常工作。关于 TinySwitch-II 芯片工作原理的详细介绍可参见PI公司产品手册,或登陆网站:http://www.powerint.com
  DVD 播放机电源的分析
  在 DVD 播放机中,供电电源为一个多路输出电源。一般有+12V、+3.3V、+5V、+5Vstby、-24V、交流 4.5V 等输出。不同的机型输出电压的数目也不相同。通常一个 DVD 播放机在正常播放时其输出功率约在 15W 左右,在开机时的瞬时峰值功率会达到 17W 。不同厂家的方案其瞬时峰值输出功率会略有不同。表 1 所示为一款 DVD 播放机电源的规格要求,其总功率输出为 17.86W,但从实际机器测试当中发现,其正常工作功率还不到 15W。对于如此小功率多路输出的电源,单端反激式拓扑无疑是当然的选择。目前市场上的 DVD 播放机电源大都采用这种拓扑结构。
DVD

  另外,从上面的规格要求中我们还可以看到,在DVD播放机应用中,无论是稳压精度还是输出纹波,对于5 V和3.3 V输出的要求都比较严格。因而在电源设计阶段,就要考虑这两路输出的稳压精度、纹波以及交叉稳压精度等问题。
  在DVD电源应用中,对待机功耗的要求已经越来越得到很多厂家的一致认可。目前对待机功耗的要求大都在3 W以下。也就是说,当DVD播放机处于待机状态时,其输入功率不能大于 3W。将来对待机功耗的要求会达到小于 1W。各国政府也都颁布了类似的非强制性的法规。随着世界对节能标准的提高,也将会要求 DVD 播放机的待机功耗小于 1W。通常来讲,DVD播放机在待机状态仍有 5V stby 输出,其输出用于给? CPU供电,功率大致在 0.5W 左右。也就是说电源本身的空载功耗在0.5W 以下。
  采用 TinySwitch-II 的17W 功率输出开关电源
TinySwitch-II 多路输出电源原理图

图1:TinySwitch-II 多路输出电源原理图
  图 1 为一个使用TinySwitch-II器件的多路输出开关电源的原理图。其输入电压范围为宽电压(85VAC 到 265VAC )。输出分别为 3.3V/0.7A、5V/1.6A、12V/0.4A、-12V/0.1A。总连续输出功率可以达到 17W。峰值输出功率可以达到 25W。完全可以满足
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