基于TNY268的反激式LED恒流驅(qū)動開關(guān)電源設(shè)計

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)動開關(guān)電源設(shè)計

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)動電源設(shè)計是充分發(fā)揮LED照明優(yōu)勢的關(guān)鍵所在。開關(guān)電源被譽為高效節(jié)能型電源，它非常適合做LED恒流驅(qū)動電源，現(xiàn)已成為LED驅(qū)動的主要電源。文中設(shè)計了一款基于TNY268的反激式小功率開關(guān)電源，該電路結(jié)構(gòu)簡單，輸出電壓和恒流驅(qū)動值均可隨意設(shè)定；并依據(jù)設(shè)計制作了樣機，對樣機進(jìn)行了參數(shù)測試。實驗結(jié)果證明：輸出電壓對輸入電壓的變化適應(yīng)力強，輸出精度和效率較高。

開關(guān)電源；TNY268芯片；反激變換器；恒流驅(qū)動

1 開關(guān)電源的原理[4-5]

目前，生產(chǎn)的開關(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，再將這個方波電壓經(jīng)整流濾波變?yōu)樗枰闹绷麟妷??？刂齐娐窞槊}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。控制電路用來調(diào)整高頻開關(guān)元件的開關(guān)時間比例，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。

圖1 開關(guān)穩(wěn)壓電源基本電路框圖

2 基于芯片TNY268的反激開關(guān)電源設(shè)計

2.1 設(shè)計電路參數(shù)要求

2.2 芯片TNY268簡介

TNY268是PI公司的一款針對反激式變換器的PWM控制器，芯片內(nèi)部集成了一個耐壓700 V的功率MOSFET，適用于20 W以下開關(guān)電源PWM控制，用其制作的開關(guān)電源在零負(fù)載或低負(fù)載時待機功耗低于0.5 W。該芯片還內(nèi)置了完善的保護(hù)電路：如輸入過壓、輸入欠壓、輸出過流、開環(huán)、輸出短路、芯片過熱等保護(hù)功能，確保電源的安全運行，電路具有軟啟動和自動重啟功能，并且其外圍電路設(shè)計簡單，成本較低，是一款優(yōu)秀的低功率開關(guān)電源控制芯片，廣泛應(yīng)用于攝像機、PDA、無繩電話的電池充電器和TV/DVD 等的開關(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。控制電路的公共端，內(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。(4)D腳。連接內(nèi)部功率MOSFET漏極，為電路啟動、待機時提供內(nèi)部電路的運行電流；(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)計電路

2.3.1 設(shè)計的電路圖

以芯片TNY268為核心設(shè)計的開關(guān)電源電路圖如圖3所示。

圖3 以TNY268為核心的開關(guān)電源設(shè)計電路圖

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，提供控制電路對整機進(jìn)行各種保護(hù)措施。

當(dāng)電源接通時，交流220 V接入電路，經(jīng)過流保護(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)生一個近300 V的直流電壓，當(dāng)U1內(nèi)集成的開關(guān)管導(dǎo)通時，變壓器初級線圈電流增加，磁場增強，初級線圈中的感生電動勢，次級線圈感生電動勢，次級二極管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，變壓器初級起到儲能作用。當(dāng)U1內(nèi)集成的開關(guān)管截止時，變壓器初級線圈中電流減小，磁場減弱，次級線圈感生電動勢反向，二極管D6加正向電壓而導(dǎo)通，能量通過二極管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變?yōu)殡妷盒盘?，送入TNY268作為比較電壓，控制激勵脈沖的占空比，達(dá)到穩(wěn)壓目的。外部誤差電壓檢測由U2、R7、VR1、DW1、R6、R4組成，當(dāng)24 V輸出電壓升高時，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，如電路中開關(guān)管導(dǎo)通時產(chǎn)生的尖峰。

3 樣機制作與參數(shù)測試[6]

根據(jù)上述原理，進(jìn)行了開關(guān)電源設(shè)計并制作了樣機，如圖4所示。調(diào)試后對電源的效率指標(biāo)進(jìn)行了測試。

圖4 樣機實物圖

3.1 效率測試

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)系實驗數(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為輸出電流已接近變換器的輸出限流保護(hù)值，電流進(jìn)入限流狀態(tài)，而工作狀態(tài)有所變化；可見，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，這是因為電源輸入電壓升高，電源損耗增加所致；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，這是因為在電路損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)載變化實驗數(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變化量。經(jīng)實際測試并計算，結(jié)果如下：

(1)

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

3.3 負(fù)載調(diào)整率測試

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變化量。經(jīng)實際測試并計算，結(jié)果如下：

(2)

4 結(jié)束語

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

[2]趙同賀．開關(guān)電源設(shè)計技術(shù)與應(yīng)用實例[M]．北京：人民郵電出版社，2007.

[3] 楊旭.開關(guān)電源技術(shù)[M]北京：機械工業(yè)出版社，2005．

[4] 周志敏.高頻開關(guān)電源設(shè)計與應(yīng)用實例[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[M]．北京：國防工業(yè)出版社，2005.

[6] 王鴻鈺.實用電源技術(shù)手冊[M].上海：上海科學(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