Источник питания для портативного электронного оборудования на базе микросхем Power Integrations
Применение: портативное электронное оборудование.
Микросхема: [datasheet=TNY375]TNY377PN[/datasheet]
Мощность: 10W (RMS), 15W (Peak)
Входное напряжение: 90-265 VAC
Выходное напряжение: 5V
Топология: обратноходовая
- Высокая энергетическая эффективность
- Соответствует требованиям CTC\ENERGY STAR 2008 по среднему КПД системы (74.6% против 70.5% требуемых).
Очень низкое энергопоребление на холостом ходу (<100mW при входном напряжении 230 VAC).
Соответствует стандартам CISPR-22\EN55022B по уровню ЭМИ с запасов в 10 dDuV (см. Рис.3)
Расширеные возможности по защите
- Опциональная защита от превышения максимально допустимого выходного напряжения (OVP) с "защелкой".
- Опциональная защита от превышения максимально допустимого выходного тока (OСP) с "защелкой".
- Встроенная тепловая защита с работой по гистерезису (OTP).
Работа
Рис.1
Микросхема TinySwitch-PK в схеме показанной на рис. 1 способная выдать в нагрузку 10 W среднеквадратической мощности и до 15 W кратковременной пиковой мощности. Элементы D1, D2, D3, D4, C1, C2 выпрямляют и сглаживают входное переменное напряжение. Входной фильтр составленный из элементов C1, C2, L1 и L2 подавляет дифференциальные и синфазные ЭМИ.
Контроллер микросхемы U1 получает управление со вторичной стороны через оптопару U2 включая и выключая работу MOSFET транзистора для поддержания требуемых параметров выходного напряжения. Ток через светодиод в U2A характеризуется уровнем выходного напряжения. Ток пропорциональный ему попадает на вывод EN\UV. Пропуски рабочих циклов MOSFET транзистора начинаются, когда ток на выводе EN\UV превышает 90 uA. Как только ток падает ниже этоо предела, работа MOSFET транзистора возобновляется. В режиме нормального энергопотребления микросхема работает на частоте 132 KHz. В режиме пикового энергопотребления уровень ограничения тока увеличивается на 30% и рабочая частота поднимается до 264 KHz. Это дает возможность испоьзовать при пиковой мощности сердечник трансформатора малых габаритов (расчитанный на среднеквадратическую мощность).
В схеме можно организовать опциональную защиту от повышенного выходного напряжения. Защита организуется элементами R7 и VR1. В случае превышения выходного напряжения, повышается напряжение на обмотке смещения, и ток попадает на вывод BP\M. Как только этот ток превысит 7 mA, U1 выключается до тех пор, пока напряжение на BP\M не опустится ниже 4.8 V после снятия переменного напряжения с входных клемм.
Рис.2 Защита от повышенного выходного тока.
Опциональная защита от повышенного выходного тока показана на рис.2. Она состоит из элементов Q1, Q2, C14, R16, R27. В случае перегрузки выходное напряжение падает, падает ток через фототранзистор U2 и запирается Q2. Это дает возможность С14 зарядиться и открыть транзистор Q1 открывая путь току через диод D9 на вывод BP\M, инициализируя защелку.
Рис. 3 Уровень ЭМИ источника питания (Uвх=230VAC, пределы CISPR-22\EN55022B)
Параметры трансформатора:
|
Материал сердечника |
ЕЕ19, NC-2H или аналогичный, зазор для Alg 88,6 nH/t2 |
|
Каркас |
EE19, 10 выводный, Горизонтальный |
|
Обмотки |
Экранная: 21 виток х 2, AWG33, Лента Первичная: 84 витка х 1, AWG33, Лента Экранная: 4 витка х 5, AWG26, 3 слоя, Лента 5V: 5 витков х 2, AWG23, 3 слоя, Лента Смещения: 12 витков х 2, AWG28, Лента |
|
Порядок намотки |
Экранная (1-н.с.), Первичная (1-2), Экранная (1-н.с.), 5V (6,7-9,10), Смещения (4-5) |
|
Индуктивность первичной обмотки |
625 uH, +/- 5% |
|
Резонансная частота |
600 kHz (минимум) |
|
Индукция рассеяния |
45 uH (максимум) |
Ключевые точки дизайна:
- Проверьте, чтобы максимальное напряжение на стоке было V при максимальном входном напряжении в условиях максимальной нагрузки. При необходимости измените значения R1, R2 и С3. При этом старайтесь не сильно увеличивать номинал С3 и не сильно уменьшать номиналы R1 и R2, так как это приведет к увеличению энергопотребления на холостом ходу.
- Используйте блокировочный диод D5 класса fast (к примеру 1N4937 или FR107) с последовательно соединенным резистором R3 в 100 Ohm. Убедитесь что время восттановления диода 500ns или менее. Это повысит КПД системы.
- Типоразмер сердечника и диаметр провода обмоток были выбраны как среднее между среднеквадратической и пиковой выходными мощностями.
- Для снижения уровня ЭМИ был включен RC снаббер (R4, R5 и С4). Два последовательных резистора были добавлены для соблюдения требованиий уровня напряжения Vpk в 700 V.
- Выходные диоды D7 и D8 подключены каждый к своей части выходной обмотки. Это сделано для увеличения уровня КПД источника питания.
- Встроенная в микросхему функция frequency jitter и технология намотки трансформатора E-Shield делают необязательным использование Y-конденсатора и использовать простой EMI фильтр.
Автор: Бандура Геннадий
