汪 勇，張金明

(1.西華大學(xué) 理化學(xué)院， 成都 610039；2.四川郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息中心，成都 610067)

基于TNY268的反激式LED恒流驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)

汪 勇1，張金明2

(1.西華大學(xué) 理化學(xué)院， 成都 610039；2.四川郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息中心，成都 610067)

LED照明是提高照明質(zhì)量、節(jié)約能源的重要舉措?？煽扛咝У腖ED恒流驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)是充分發(fā)揮LED照明優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵所在。開(kāi)關(guān)電源被譽(yù)為高效節(jié)能型電源，它非常適合做LED恒流驅(qū)動(dòng)電源，現(xiàn)已成為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)的主要電源。文中設(shè)計(jì)了一款基于TNY268的反激式小功率開(kāi)關(guān)電源，該電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，輸出電壓和恒流驅(qū)動(dòng)值均可隨意設(shè)定；并依據(jù)設(shè)計(jì)制作了樣機(jī)，對(duì)樣機(jī)進(jìn)行了參數(shù)測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明：輸出電壓對(duì)輸入電壓的變化適應(yīng)力強(qiáng)，輸出精度和效率較高。

開(kāi)關(guān)電源；TNY268芯片；反激變換器；恒流驅(qū)動(dòng)

1 開(kāi)關(guān)電源的原理[4-5]

目前，生產(chǎn)的開(kāi)關(guān)電源大多采用脈寬調(diào)制方式，少數(shù)采用脈沖頻率調(diào)制和混合調(diào)制方式。開(kāi)關(guān)電源的基本電路框圖如圖1所示，交流電經(jīng)整流得到直流電壓，進(jìn)入高頻變換器被轉(zhuǎn)換成所需電壓值的方波，再將這個(gè)方波電壓經(jīng)整流濾波變?yōu)樗枰闹绷麟妷?。控制電路為脈沖寬度調(diào)制器，它主要由取樣器、比較器、振蕩器、脈沖寬度調(diào)制及基準(zhǔn)電壓等電路構(gòu)成。這部分電路目前已集成化，制成了各種集成電路。控制電路用來(lái)調(diào)整高頻開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)時(shí)間比例，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。

圖1 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源基本電路框圖

2 基于芯片TNY268的反激開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)電路參數(shù)要求

2.2 芯片TNY268簡(jiǎn)介

TNY268是PI公司的一款針對(duì)反激式變換器的PWM控制器，芯片內(nèi)部集成了一個(gè)耐壓700 V的功率MOSFET，適用于20 W以下開(kāi)關(guān)電源PWM控制，用其制作的開(kāi)關(guān)電源在零負(fù)載或低負(fù)載時(shí)待機(jī)功耗低于0.5 W。該芯片還內(nèi)置了完善的保護(hù)電路：如輸入過(guò)壓、輸入欠壓、輸出過(guò)流、開(kāi)環(huán)、輸出短路、芯片過(guò)熱等保護(hù)功能，確保電源的安全運(yùn)行，電路具有軟啟動(dòng)和自動(dòng)重啟功能，并且其外圍電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，成本較低，是一款優(yōu)秀的低功率開(kāi)關(guān)電源控制芯片，廣泛應(yīng)用于攝像機(jī)、PDA、無(wú)繩電話的電池充電器和TV/DVD 等的開(kāi)關(guān)電源。

芯片TNY268的引腳功能如圖2所示：(1) BP腳,外接一只0.1 μF的電容，為內(nèi)部集成的5.8 V電源提供高頻旁路。(2)S腳?？刂齐娐返墓捕耍瑑?nèi)部連接到功率MOSFET的源極。(3)EN/UV腳。雙功能引腳，輸入使能和欠電壓保護(hù)檢測(cè)。(4)D腳。連接內(nèi)部功率MOSFET漏極，為電路啟動(dòng)、待機(jī)時(shí)提供內(nèi)部電路的運(yùn)行電流；(5)S(HV RTN)腳。連接到內(nèi)部功率MOSFET源極，高電壓返回端。

圖2 TNY268引腳功能圖

2.3 以芯片TNY268為核心的設(shè)計(jì)電路

2.3.1 設(shè)計(jì)的電路圖

以芯片TNY268為核心設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)電源電路圖如圖3所示。

圖3 以TNY268為核心的開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)電路圖

2.3.2 電路原理闡述

從交流電網(wǎng)輸入到直流輸出的全過(guò)程，包括：(1)整流與濾波電路。將電網(wǎng)交流電整流為較平滑的直流電，供下級(jí)變換。(2)反激式變換器。將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電，這是高頻開(kāi)關(guān)電源的核心部分，頻率越高，體積、重量與輸出功率之比越小。(3)輸出整流與濾波。根據(jù)負(fù)載需要，提供穩(wěn)定可靠的直流電源。(4)反饋電路和PWM控制電路。反饋電路采樣輸出電壓的變化并將此信號(hào)傳輸給PWM控制芯片，從反饋電路端取樣，與設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，控制功率MOS管的通斷時(shí)間進(jìn)而控制逆變器，改變其脈寬，達(dá)到穩(wěn)定輸出；另一方面，經(jīng)保護(hù)電路鑒別，提供控制電路對(duì)整機(jī)進(jìn)行各種保護(hù)措施。

當(dāng)電源接通時(shí)，交流220 V接入電路，經(jīng)過(guò)流保護(hù)電阻R1后送到由D1～D4和C1、C2、R2、L1組成的整流濾波電路后，在變壓器的原邊產(chǎn)生一個(gè)近300 V的直流電壓，當(dāng)U1內(nèi)集成的開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，變壓器初級(jí)線圈電流增加，磁場(chǎng)增強(qiáng)，初級(jí)線圈中的感生電動(dòng)勢(shì)，次級(jí)線圈感生電動(dòng)勢(shì)，次級(jí)二極管D6加反向電壓而截止(選擇肖特基二極管以降低功耗)，由電容C5向負(fù)載供電，此時(shí)，變壓器初級(jí)起到儲(chǔ)能作用。當(dāng)U1內(nèi)集成的開(kāi)關(guān)管截止時(shí)，變壓器初級(jí)線圈中電流減小，磁場(chǎng)減弱，次級(jí)線圈感生電動(dòng)勢(shì)反向，二極管D6加正向電壓而導(dǎo)通，能量通過(guò)二極管D6向負(fù)載釋放，輸出直流電壓。輸出的直流電壓值由R7、VR1、DW1和U2內(nèi)的發(fā)光二極管設(shè)定。R4、R8、C5、Q1組成輸出電流限流值設(shè)定電路，R4為電流檢測(cè)電阻，如果輸出電流達(dá)到限流值，R4兩端的電壓經(jīng)R8、C5進(jìn)一步濾除干擾后使Q1導(dǎo)通，流過(guò)U2中的發(fā)光二極管的電流被R5、Q1支路分走一部分，二極管發(fā)光減弱，U2中的光敏三極管的導(dǎo)通減弱，使U1占空比減小，使電源輸出電壓降低，達(dá)到限流目的。電源中的穩(wěn)壓電路由U1內(nèi)集成的MOS管源極串接電阻把電流信號(hào)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，送入TNY268作為比較電壓，控制激勵(lì)脈沖的占空比，達(dá)到穩(wěn)壓目的。外部誤差電壓檢測(cè)由U2、R7、VR1、DW1、R6、R4組成，當(dāng)24 V輸出電壓升高時(shí)，經(jīng)R7、VR1、DW1、R6、R4分壓后得到的取樣電壓使U2中發(fā)光二極管陰極的電位降低，發(fā)光二極管的工作電流增大，再通過(guò)光耦使控制端電流增大，TNY268的輸出占空比減小，使輸出電壓降低，達(dá)到穩(wěn)壓目的。變壓器初級(jí)中的電阻R3、二極管D5和電容C6構(gòu)成了吸收回路，目的是消除由于電應(yīng)力的瞬變產(chǎn)生的尖峰干擾，如電路中開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)產(chǎn)生的尖峰。

3 樣機(jī)制作與參數(shù)測(cè)試[6]

根據(jù)上述原理，進(jìn)行了開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)并制作了樣機(jī)，如圖4所示。調(diào)試后對(duì)電源的效率指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)試。

圖4 樣機(jī)實(shí)物圖

3.1 效率測(cè)試

1)電源效率與輸入電壓關(guān)系

電源效率與輸入電壓關(guān)系分別如表1和圖5所示。

表1 電源效率與輸入電壓關(guān)系實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表(恒定滿負(fù)載)

圖5 電源效率與輸入電壓的關(guān)系曲線圖

2)電源效率與負(fù)載的關(guān)系

電源效率與負(fù)載的關(guān)系分別如表2和圖6所示。表2中前兩組的數(shù)據(jù)中，輸出電壓異常變化是因?yàn)檩敵鲭娏饕呀咏儞Q器的輸出限流保護(hù)值，電流進(jìn)入限流狀態(tài)，而工作狀態(tài)有所變化；可見(jiàn)，該電路的限流效果明顯！從上表數(shù)據(jù)可以看出：在負(fù)載不變的情況下，電源效率隨輸入電壓的升高而降低，這是因?yàn)殡娫摧斎腚妷荷撸娫磽p耗增加所致；在輸入交流電壓不變的情況下，電路的效率隨負(fù)載變輕而減小，這是因?yàn)樵陔娐窊p耗基本不變的情況下，負(fù)載變輕，損耗量在輸入功率中的比例升高，以致電源效率降低。

表2 電源效率與負(fù)載變化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表(恒定交流輸入電壓)

圖6 負(fù)載電流與電源效率的關(guān)系曲線圖

3.2 電壓穩(wěn)定度測(cè)試

電壓穩(wěn)定度也常稱作電壓調(diào)整率、源效應(yīng)。電壓穩(wěn)定度是指僅由輸入電壓在規(guī)定的范圍內(nèi)變化所引起的輸出電壓的最大相對(duì)變化量。經(jīng)實(shí)際測(cè)試并計(jì)算，結(jié)果如下：

(1)

式中：ΔU0=U0-U01或ΔU0=U0-U02；U0表示標(biāo)稱輸入電壓時(shí)測(cè)得的輸出電壓；U01表示輸入電壓上限時(shí)測(cè)得的輸出電壓；U02表示輸入電壓下限時(shí)測(cè)得的輸出電壓。

3.3 負(fù)載調(diào)整率測(cè)試

負(fù)載調(diào)整率也常稱作負(fù)載穩(wěn)定度、負(fù)載效應(yīng)。是指僅由負(fù)載電流在規(guī)定的范圍內(nèi)變化所引起的輸出電壓的最大相對(duì)變化量。經(jīng)實(shí)際測(cè)試并計(jì)算，結(jié)果如下：

(2)

4 結(jié)束語(yǔ)

[1] 張偉，曾成，張靜．一種高精度的自激式多路輸出穩(wěn)壓開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)[J]．通訊電源技術(shù)，2010，27(4)：46-48.

[2]趙同賀．開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)技術(shù)與應(yīng)用實(shí)例[M]．北京：人民郵電出版社，2007.

[3] 楊旭.開(kāi)關(guān)電源技術(shù)[M]北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005．

[4] 周志敏.高頻開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)例[M]. 北京：人民郵電出版社，2008.

[5] 吳良斌．現(xiàn)代電子系統(tǒng)的電磁兼容性設(shè)計(jì)[M]．北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2005.

[6] 王鴻鈺.實(shí)用電源技術(shù)手冊(cè)[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2002.

Design of Fly-back Switching Power Supply Based on TNY268

WANG Yong1，ZHANG Jinming2

(1. School of Physics and Chemistry, Xihua University, Chengdu 610039, China;2. Center of Information Sichuan Post and Telecommunication College, Chengdu 610067, China)

Switching power supply is known as high efficiency and energy saving power supply．It represents the development direction of regulated power supply，and becomes the main productions of regulated power supply now．The switching power supply with low power is designed based on TNY268 in this paper，which works on fly-back mode．This circuit structure is simple，we can arbitrarily set the output voltage and output constant current. We make a prototype based on the design, and test the prototype. The experimental results indicate: the output voltage is adaptable to the change of the input AC voltage, and output precision and efficiency are high．The design is successful very much.

switching power supply；TNY268 chip；flyback converter；constant current driving

2013-09-16

汪 勇(1972-)，男，學(xué)士，講師，主要從事開(kāi)關(guān)電源和固體照明應(yīng)用技術(shù)研究工作。

TN86

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2014.04.018