Імпульсні блоки живлення на мікросхемах TinySwitch

Багато радіоаматори використовують в своїх конструкціях імпульсні обратноходового блоки живлення, і зустрічаються з ними при ремонті різної радіоапаратури. У цій статті автор розповідає про ДБЖ, які збираються на широко поширених мікросхемах декількох серій TinySwitch.

Американська компанія Power Integrations розробила і багато років випускає кілька сімейств інтегральних мікросхем (ІМС) для малопотужних і малогабаритних мережевих імпульсних обратноходових джерел живлення з гальванічною розв'язкою вихідних напруг від мережі об'єднаних загальною назвою TinySwitch. Це такі сімейства як:

• TinySwitch;
• TinySwitch Plus;
• TinySwitch-II;
• TinySwitch-III;
• TinySwitch-4.

Слово «Tiny» (крихітний) в назві цих сімейств говорить про одну з головних особливостей ІМС цих серій - малих розмірах.

Всі мікросхеми входять в ці сімейства мають мінімум зовнішніх елементів і містять вбудований вихідний ключ на високовольтному МДП-транзисторі. Робоча напруга стік-витік 700 В (для TinySwitch-4 - 725 В). ІМС сімейства TinySwitch і всіх досконаліших сімейств використовуються в зарядний пристрій для стільникових телефонів, імпульсних блоках живлення (ІБП) радіотелефонних подовжувачів (безшнурові радіотелефонів) і антенних підсилювачів, блоках живлення чергового режиму телевізорів, персональних комп'ютерів і т.п.

У цій статті обмежимося розглядом більш ранніх з цих родин: TinySwitch, TinySwitch Plus і TinySwitch-II.

Особливості мікросхем всіх цих сімейств зведені в табл.1, а зовнішній вигляд ІМС і розташування висновків показано на рис.1.

Мал. 1

TinySwitch - це сімейство економічних мікросхем для малопотужних ДБЖ складається з трьох мікросхем TNY253, TNY254 і TNY255, кожна з яких може бути виконана в одному з двох корпусів DIP-8 (в кінці назви мікросхеми стоїть буква Р) або SMD-8 (в кінці назви мікросхеми стоїть буква G). Так, як частота перетворення для мікросхем TNY253 і TNY254 становить 44 кГц, а для TNY255 - 130 кГц, то імпульсний трансформатор для ДБЖ на мікросхемі TNY255 має менші розміри, ніж аналогічний для ДБЖ на мікросхемі TNY253 або TNY254. З цієї ж причини ДБЖ на TNY255 створює дещо більший рівень перешкод.

Таблиця 1

Сімейство мікросхемТип мікросхемТипРозташування
висновків230 В або 115 В (з виоеніяпрямітелем подвоєння)85 ... 265 В

TinySwitch®

TNY253P DIP-8 рис.1 0 ... 4 0 ... 2 TNY253G SMD-8 рис.1б TNY254P DIP-8 рис.1 2 ... 5. Попереднє 1 ... 4 TNY254G SMD-8 рис.1б TNY255P DIP-8 рис.1 4 ... 10 3,5 ... 6,5 TNY255G SMD-8 рис.1б

TinySwitch® Plus

TNY256P DIP-8 рис.1 8 ... 15 5 ... 10 TNY256G SMD-8 рис.1б TNY256Y Т0-220-7В ріс.1в 8 ... 19 5 ... наступне 11

TinySwitch®-II

TNY263P DIP-8B рис.1 5 / 7,5 * 3,7 / 4,7 * TNY263G SMD-8B рис.1б TNY264P DIP-8B рис.1 5,5 / 9 * 4/6 * TNY264G SMD-8B Рис .1б TNY265P DIP-8B рис.1 8,5 / 11 * 5,5 / 7,5 * TNY265G SMD-8B рис.1б TNY266P DIP-8B рис.1 10/15 * 6 / 9,5 * TNY266G SMD- 8B рис.1б TNY267P DIP-8B рис.1 13/19 * 8/12 * TNY267G SMD-8B рис.1б TNY268P DIP-8B рис.1 16/23 * 10/15 * TNY268G SMD-8B рис.1б

* У чисельнику вказана номінальна потужність перетворювача БП в закритому корпусі без вентиляції, а в знаменнику - максимальна потужність перетворювача БП в бескорпусном варіанті при температурі навколишнього середовища 50 ° С.

ІМС сімейства TinySwitch не рекомендують використовувати у виробництві сучасної апаратури, але цих мікросхем предостатньо в уже виробленої апаратурі, яка потрапляє радіоаматорам на ремонт або розбирання.

Сімейство мікросхем TinySwitch Plus, що складається з однієї мікросхеми TNY256, є модернізацією TinySwitch. Ця мікросхема виготовляється в одному з трьох корпусів DIP-8 (TNY256P), SMD-8 (TNY256G) або ТО220-7В (TNY256Y). ІМС TinySwitch Plus могутніше, ніж мікросхеми TinySwitch (див. Табл.1), але це не єдина їхня відмінність. Мікросхеми TinySwitch Plus мають захист по перевищенню напруги та періодичною очисткою роботи (auto-restart) при перевантаженні, всього цього не було у мікросхем TinySwitch.

Сімейство мікросхем TinySwitch - II - це продукт подальшої модернізації мікросхем TinySwitch і TinySwitch Plus з поліпшеними характеристиками і захистом. Це забезпечує збереження елементів обв'язки мікросхеми та пристроїв, які живляться від ДБЖ HaTinySwitch-II, при коротких замиканнях, брязкоту контактів мережевого з'єднувача, скачках напруги мережі і т.п. Вони мають частоту перетворення 132 кГц. Сімейство TinySwitch-II складається з шести мікросхем TNY263, ..., TNY268, кожна з яких виготовляється в одному з двох корпусів DIP-8B (TNY263R .... TNY268P) або SMD-8B (TNY264G, ..., TNY268G).

Всі мікросхеми розглянутих родин містять:

• вихідний ключ на МДП-транзисторі;
• генератор, що виробляє тактові і керуючі імпульси на частотах 44 кГц (TNY253 і TNY254), 130 кГц (TNY255 і TinySwitch Plus) або 132 кГц (TinySwitch-II);
• внутрішнє джерело живлення 5,8 В;
• схеми внутрішньої логіки;
• термозахист;
• схему обмеження струму;
• схеми захисту при збільшенні напруги і при зменшенні напруги (тільки TinySwitch Plus і TinySwitch-II).

Корпуси DIP-8 (DIP-8B) і SMD-8 (B) мають 8 (7) висновків. Исток МДП-транзистора (S) ІМС в цих корпусах виведений на 5 або 4 виведення мікросхеми. Якщо все висновки витоку підпаяні до плати, то це забезпечує підвищений теплообмін і, в підсумку, оптимальне охолодження мікросхеми. Для поліпшення теплообміну TNY256Y (в корпусі ТО220-7В) можна кріпити за фланець на радіаторі.

Мощностьпотребленіяна холостомходу (мВт)Частотапреобразованія (кГц)

60 44 130 50 132

Призначення висновків мікросхем TinySwitch наступне:

• D (DRAIN) - стік МДП- транзистора вихідного ключа, через цей висновок здійснюється також запуск мікросхеми при включенні і харчування її в сталому режимі;
• S (SOURCE) - витік МДП- транзистора вихідного ключа;
• BP (BYPASS) - висновок підключення зовнішнього розв'язує конденсатора для внутрішнього джерела живлення 5,8 В мікросхеми

(Висновок не призначений для підключення зовнішнього навантаження);

• EN (ENABLE) - вхід дозволу, низький рівень напруги на якому блокує роботу перетворювача ДБЖ, за рахунок чого відбувається управління мікросхемою.

У мікросхем сімейств TinySwitch Plus і TinySwitch-II останній з цих висновків має подвійне призначення і позначається як EN / UV. Крім входу дозволу, цей висновок використовується як вхід UV (under-voltage), що забезпечує захист мікросхеми при зменшенні напруги мережі. Для забезпечення цієї функції на висновок UV необхідно подати через резистор опором 2 МОм частина напруги мережевого випрямляча. Якщо цей резистор не встановлювати, то схема захисту при зменшенні напруги мережі працювати не буде, але все решта робочі функції ІМС зберігаються.

Мал. 2

Принципова схема типового ДБЖ на мікросхемах сімейства TinySwitch показана на рис.2, а призначення деталей цієї схеми зведено в табл.2.

Таблиця 2

№ деталіПризначення

IC1 мікросхема сімейства TinySwitch IC2 оптопара, що забезпечує гальванічну розв'язку в ланцюзі, що управляє зворотного зв'язку D1 мережевий випрямний міст D2 діод вторинного імпульсного випрямляча D3, R3 граничний пристрій Cl конденсатор фільтра, що згладжує мережевого випрямляча СЗ розв'язує конденсатор внутрішнього джерела живлення 5,8 В мікросхеми С4 конденсатор фільтра, що згладжує вторинного імпульсного випрямляча Rl, С2 ланцюг захисту МДП-транзистора від викидів ЕРС в первинній обмотці Т1 при замиканні цього транзи тора Т1 імпульсний трансформатор

Типового принципова схема ДБЖ на ІМС сімейства TinySwitch Plus зображена на рис.3. Є два невеликих відмінності цієї схеми від схеми рис.2.

Мал. 3

Перше - це наявність ланцюга захисту МДП-транзистора від викидів ЕРС в первинній обмотці Т1 при його замиканні, яка складається з R1, С2 і діода D4. Цю ланцюг в іноземній технічній літературі має назвніе - снаббер.

Друге - це наявність підтягує резистора R2 між плюсом мережевого випрямляча і входом EN / UV мікросхеми. Схема включення мікросхем TinySwitch-II і призначення інших деталей обв'язки аналогічно TinySwitch Plus (порівняйте рис.2 і рис.3).

Імпульсний блок живлення потужністю 5 Вт на мікросхемі TNY 266 P

Цей блок живлення розроблений виробником мікросхем TinySwitch фірмою Power Integrations і розрахований на роботу від мережі змінного струму 85 ... 265 В. Вихідна напруга 5 В (4,75 ... 5,25 В) і 12 В (10 ... 13,8 В). Його схема зображена на рис.4.

Мал. 4

Детальну інформацію про нього можна знайти в [1]. Ця схема має ряд особливостей. По-перше, не задіяна захист від перевантаження по зменшенню напруги (див. Вище). По-друге, в ланцюг захисту МДП-транзистора мікросхеми U1 від викидів ЕРС в первинній обмотці імпульсного трансформатора Т1 введений супресор VR1. По-третє, в одному з вторинних випрямлячів використовується діод Шотткі (D6), а для згладжування пульсацій в цьому випрямлячі і випрямлячі напруги мережі використовуються П-образні LC-фільтри. Призначення деталей цього блоку зведено в табл. 3.

Таблиця 3

№ деталіПризначення

R1 обмежує резистор (дискретний) Dl D4 діоди мережевого випрямного моста LI, Cl, С2 згладжує фільтр мережевого випрямляча U1 мікросхема TNY266P Т1 імпульсний трансформатор U2 Оптопара РС817А, що забезпечує гальванічну розв'язку в ланцюзі керуючої зворотного зв'язку R3 обмежує резистор VR1, D5 ланцюг захисту МДП-транзистора ІМС U1 від викидів ЕРС в первинній обмотці Т1 при замиканні цього транзистора (снаббер) СЗ розв'язує конденсатор внутрішнього джерела живлення 5,8 в мікросхеми D6, D7 діоди вторинного імпульсного випрямляча С6 конденсатор фільтра, що згладжує вторинного імпульсного випрямляча С5, L2, С7 згладжує фільтр вторинного імпульсного випрямляча VR2, R4 граничний пристрій LED1, R5 індикатор вихідної напруги 12 В LED2, R6 індикатор вихідної напруги 5 В

У радіоаматорів великі труднощі викликає підбір фірмового або виготовлення імпульсного трансформатора. Зауважу, що в [1] наведено розрахунок і конструкція такого трансформатора для розглянутого ДБЖ. Тим не менш, при бажанні, в цьому ДБЖ можна використати трансформатор Р5008 фірми Pulse, не дивлячись на те, що він розрахований під мікросхему TNY255. Схема цього трансформатора з номерами висновків показана на рис.5, а зовнішній вигляд і габарити на рис.6.

Мал. 5

Спеціально для ДБЖ на мікросхемах сімейств TinySwitch фірма Pulse випускає ряд трансформаторів, параметри яких зведені в табл.4.

Мал. 6

Таблиця 4

P5000 1: 0,007: 0,007 180 TNY253 до 2 Вт 3,3 В ... 6 В / 6 У ... 12 В P5001 1: 0,01: 0,01 6 У ... 12 В / 12 В ... 24 В P5004 1: 0,007: 0,007 200 TNY254 до 4 Вт 3,3 В ... 5,5 В / 6 У ... 12 В P5005 1: 0,01: 0,01 6 У ... 10 В / 12 В ... 24 В P5008 1: 0,007: 0,007 100 TNY255 до 5,5 Вт 3,3 В ... 6 В / 6 У ... 12 В P5009 1: 0,01: 0,01 6 У ... 12 В / 12 В ... 24В

На схемі ИБП (рис.4) в позиції L2 варто дросель індуктивністю 18 мкГн, розрахований на струм 2,2 А. Як цього дроселя можна використовувати один з дроселів виробництва фірми Pulse: Р0751.223 (22 мкГн, 2,6 А) , Р1168.273 (20,3 мкГн, 2,4 А), Р1169.273 (20,3 мкГн, 2,4 А) або Р0146 (23 мкГн, 2,43 А). Всі перераховані дроселі мають малі розміри.

У позицію L1 (рис.4) розробник рекомендує встановлювати низькочастотний дросель індуктивністю 2,2 мГн, розрахований на струм 128 мА (наприклад, фірми Bosung).

посилання

1. Engineering Prototype Report (EPR-9) 5 W, Universal Input, Dual Output, Isolated, TNY266 (EP9) на сайті powerint.com.
2. powerint.com - сайт фірми Power Integrations сайт.
3. www.pulseeng.com - сайт фірми Pulse.

Автор: Ігор Безверхній, г. Киев
Джерело: журнал Радіоаматор №1, 2016

Можливо, вам це буде цікаво: