TinySwitch-PK輕松提供峰值功率

　　當今電子系統設計的一個(gè)重要目標是優(yōu)化成本和降低功耗。個(gè)人視頻錄像機(PVR)和其它包含磁盤(pán)驅動(dòng)器的消費類(lèi)產(chǎn)品，在這個(gè)方面所面臨的挑戰非常具有代表性。這些設備在穩態(tài)工作條件下，通常運行非常平穩，功耗也相對較低。然而在啟動(dòng)時(shí)，它們的驅動(dòng)器卻需要數倍于靜態(tài)功耗的電能，以便迅速旋轉盤(pán)片進(jìn)行加速。設計用于提供啟動(dòng)電流的電源不但成本更高，體積更大，而且自身消耗的功率也要比大部分時(shí)間所需要的功率多。

　　具有間歇性高峰值負載的其它消費類(lèi)設備有：DVD播放器中用于啟動(dòng)光盤(pán)的電機、有源揚聲器(如MP3對接站)以及相片打印機和熱敏打印機。針對此類(lèi)應用，PI(Power Integrations)公司推出了TinySwitch-PK離線(xiàn)式開(kāi)關(guān)系列產(chǎn)品。以TNY375P為例，它采用低成本的DIP-8封裝，能夠提供6W的連續輸出功率(12.5W峰值)，通過(guò)對開(kāi)關(guān)頻率進(jìn)行智能化控制，可由僅設計為6W輸出功率的變壓器提供峰值功率。該系列中最大的器件(TNY380P)可以提供35W的峰值功率。TinySwitch-PK離線(xiàn)式開(kāi)關(guān)采用了經(jīng)PI優(yōu)化的開(kāi)/關(guān)控制方法(見(jiàn)圖1)。

圖1 典型的峰值功率應用

　 　TinySwitch-PK集成了一個(gè)700V的功率MOSFET、振蕩器、開(kāi)/關(guān)控制器、電流限流(用戶(hù)可選)及熱關(guān)斷電路。在使能狀態(tài)下，振蕩器在每個(gè)時(shí)鐘周期開(kāi)始時(shí)開(kāi)啟功率MOSFET。當電流達到限流點(diǎn)時(shí)，MOSFET才會(huì )關(guān)斷。由于TinySwitch-PK設計的最高限流值與頻率是定值，它提供給負載的功率與變壓器初級電感及峰值初級電流的平方成正比。

　　TinySwitch-PK的內部時(shí)鐘始終工作。它在每個(gè)時(shí)鐘周期上升沿對EN/UV引腳進(jìn)行取樣，來(lái)決定是否執行一個(gè)開(kāi)關(guān)周期，并根據多個(gè)周期的取樣序列確定適當的限流。重負載時(shí)，限流狀態(tài)調節器將限流設置到最高值。對于TinySwitch-PK而言，當狀態(tài)調節器將限流設置到其最高值時(shí)，振蕩器頻率也將提高一倍，從而提供獨特的峰值功率模式。負載減輕時(shí)，限流狀態(tài)調節器會(huì )相應將限流值的設置降低。在較低的電流限流點(diǎn)水平時(shí)，振蕩器頻率恢復到標準值。

　　電源設計中的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是安全可靠性。TinySwitch系列產(chǎn)品面向普通模擬電路設計師而開(kāi)發(fā)，即便不是電源專(zhuān)家也可使用。它只需要極少的外部元件，因此可以在單面PCB板上實(shí)現電源設計。不過(guò)，峰值功率特性決定了系統設計師必須考慮峰值功率條件下的總能量預算。電流達到峰值水平時(shí)，不僅TinySwitch器件中的熱量，而且變壓器和其它元件中的熱量都會(huì )急劇增加。

　　TinySwitch集成有帶遲滯范圍的熱關(guān)斷功能。關(guān)斷閾值通常設置為142℃，此時(shí)器件將安全關(guān)斷。一旦結溫度下降75℃，開(kāi)關(guān)將自動(dòng)重啟動(dòng)。集成遲滯范圍可以防止器件下的熱量過(guò)大，進(jìn)而燒毀PCB板。為了確保電源中的其它元件安全工作，電源設計師必須考慮出現峰值功率的頻率及其持續時(shí)間，以免熱量過(guò)度增加。為此，應當適當調整元件尺寸，采用適當的通風(fēng)和散熱設計。圖2所示為多路輸出電源的電路圖，該電源適用于DVD播放器。

圖2 四路輸出7.5W（13W 峰值）電源

　　參考PI發(fā)布的應用指南AN-42中的指導方法，可以快速選擇用于此AC-DC反激式電源的關(guān)鍵元件。通過(guò)使用免費提供的PI Expert設計軟件套件的一部分 —— PI Xls設計表格，應用指南將指導設計師完成元件選擇和變壓器設計過(guò)程。

　　對電源設計師而言，最可怕的事情莫過(guò)于，在剛剛完成一個(gè)經(jīng)濟高效的設計方案后，負載要求或系統熱預算卻發(fā)生了變化。由于TinySwitch-PK系列產(chǎn)品的電流限流點(diǎn)由連接至BP引腳(圖2中的C4)的電容值決定，因此，TinySwitch-PK系列產(chǎn)品具有應對此變化的靈活性。小至0.1mF的陶瓷電容可以用作內部電源的去耦器件，而較大的電容則可用于調節電流限流點(diǎn)。1mF的BP/M引腳電容要選擇一個(gè)較小的限流值(等于相鄰更小型號的TinySwitch-PK器件的標準流限值)，10mF的BP/M引腳電容需選擇一個(gè)較大的限流值(等于相鄰更大型號器件的標準限流值)。通過(guò)選擇相應的電容值，設計師不僅可以為應用設置適合的電流限流點(diǎn)，還可以靈活選擇TinySwitch-PK系列產(chǎn)品中不同的器件，無(wú)需重新設計變壓器、輸出級、布局，也不會(huì )影響電路的EMI性能。