高效率LED驱动电源TNY279P

TNY279P是美国PI公司推出的Tiny switch—Ⅲ系列第三代微型开关电源。该系列产品包括TNY274P～TNY280P、TNY274G～TNY280G等共14种类型。

1.Tinyswitch—Ⅲ系列产品的性能特点

该系列产品的最大输出功率为36.5W。选择BP/M端的电容量，可从外部设定内部漏极的极限电流，每种型号有3种不同极限电流值可供选用。当相近型号进行替换时，不需重新设计变压器，也不用对外围元器件进行改变。传统的PWM调制的开关电源其效率随负载的变化而变化，而Ⅲ型四端单片则采用开关控制，负载的改变不会影响电源效率，这样电源在空载或待机时，其功耗低于150mW，满足国际标准要求。研发人员为了获取更高的功率，可选择较高的漏极电流，设计调试非常方便。芯片具有各种保护，包括输入欠电压保护，输出过电压保护，芯片过热保护和功率开关管自动调整导通时间等功能。

2.Tinyswitch—Ⅲ系列工作原理

Tinyswitch—Ⅲ系列的内部结构如图4-21所示，图中S、D脚分别为功率开关管MOSFET的源极和漏极（4个源极在内部连接）。EN/UV脚为“技能/欠电压”双能引出脚，正常情况下，通过该脚可控制MOSFET的导通和截止；若在该脚与直流输入电压之间连接一只外接电阻，可对输入电压进行检测。BP/M脚为旁路多功能脚，如作旁路使用时，该脚与地（S极）之间接入0.1μF的旁路电容。BP/M脚具有多功能特性，如果改变旁路电容的容量，即可改变漏极电流的大小；该脚还能提供关断功能，具体方法是在反馈电压的输出脚与BP/M脚之间接一只稳压二极管，即可实现输出过电压保护。芯片内部还集成了一只耐压700V的MOSFET和一个开/关控制器，它是通过开/关来调节输出电压，而不是利用PWM脉宽来调整输出电压。开/关控制器包括振荡器、5.85V稳压器、6.4V稳压管、技能检测与逻辑电路、极限电流状态、抑制过电流并进行保护和自动重启计数器等作用。

当旁路电容C_BP=0.1μF时，极限电流为I_1imit=650mA，当C_BP=1μF时，I_1imit=700mA；当C_BP=10μF时，I_1imit=750mA，它的优点是能保证相近型号之间具有良好的兼容性，能相互替换。

图4-21 TNY279P内部结构及引脚配置排列图

3.TNY279P电源设计

图4-22 LED驱动TNY279P开关电源原理图

图4-22所示为Tinyswitch—Ⅲ系列由TNY 279P所设计的PFC无源校正的LED驱动的电路原理图。该电源为6只大功率白光LED灯供电。当输入交流电压从90～265V范围内变化时，电源效率将达到83%，电路共使用4块集成电路：IC₁是功率转换用的主开关电源TNY279P，IC₂是双运算放大器LM393A，用作恒流检测输出，IC₃（PC817A）、IC₄（TL431）组成精密调整反馈电路，使电路成为稳压恒流电源。该电路从电源进线加入由L₁、L₂和电阻R₁、R₂、C₁、C₂所组成的EMI电路，R₁、R₂作用是增加抑制电磁干扰能力和阻尼由电感所产生逆向电流。C₃、C₄与VD₂～VD₄是无源功率因数校正电路也称“填谷电路”，降低总谐波含量，电路对于50Hz交流电流的3次、5次、7次谐波分量“填谷”有一定的作用。R₄、C₅以及VD₅组成钳位电路，可限制IC₁的漏极电压。IC₁采用开关周期跳跃方法和IC₃、IC₄精密反馈的检测来调节输出电压。电路中的R₁₀、C₁₁为反馈电路提供频率补偿，R₇是PC817A的限流电阻，R₈是稳定TL431的工作电流。当电源输出由于LED的开路或短路时，PC817A的发光二极管不会出现零电流，使TL4312稳定。由IC₄、R₈、R₉组成恒压自动调节电路。由R₁₈、R₁₅、R₁₇及LM393B组成恒流输出电路，若输出电流增加时，流过R_b的电流跟着增加，在R_b上的压降跟着上升，该电压经R₁₇送到IC_2B的反相输入端的3脚，IC₂的1脚输出高电平，经R₁₈给VT₁的基极提供驱动电流，使VT₁处于导通状态。由VT₁、IC_2B与R₉并联的等效电阻，降低输出电流，同时LM393B1脚的高电平输入到LM393A的5脚反相输入端，同样使R₁₃、R₁₁向IC_2A的7脚提供高电平，通过VD₇、R₁₄加到IC₄的V_REF的标准电压端，此电压与原先的取样电压相加控制输出电压，以抑制输出电流的增加，稳定设置电压的输出，这就是恒流恒压基本原理。PC817A的光敏晶体管的电流从TNY279P的EN/UV脚流出，致使IC₁跳过开关周期，当输出电流低于设定电流极限值时，LM393B就停止对IC₃的驱动，IC₁的EN/UV无电流流出，开关周期恢复正常。

4.电源变压器TR的设计

输出功率P_o=10×1.8W=18W

输入直流最低电压V_i（min）：

输入直流最高电压V_i（max）：

变压器一次最大电流I_p（max）：

设电路的工作频率f=100kHz，最大占空比为0.5，这时开关周期10μs t_on=DT=0.5×10μs=5μs

峰值电流I_pk的计算：(www.xing528.com)

变压器一次电感L_p的计算：

根据输出功率，查表1-3选用磁心，EE-25，A_e=36mm2

变压器二次匝数N_s的计算：

变压器磁心气隙的计算：

变压器一次导线截面积S_j的计算：

式中，K为导线系数，取K=1.2，B_e为磁心窗口面积，B_e=19.5mm²。

根据表3-1，选用AWG28

输出滤波电容的计算：

输出滤波电容C₈、C₉对输出纹波电压影响较大，是高频滤波重要元件，对于反激式变换电路L₃可不用，输出电路存在寄生电感和串联等效电阻的影响，可由下列式进行容量计算：

式中，V_rip（max）为最大纹波电压不得超过1%，因此V_rip（max）=10000×0.01mV=100mV，K_i为滤波平波系数，选2.2。

输出电容可选用3只180μF并联接入电路，可大大减少电容所产生的串联等效容抗和阻抗。