Импульсные блоки питания на микросхемах TinySwitch

Многие радиолюбители используют в своих конструкциях импульсные обратноходовые блоки питания, и встречаются с ними при ремонте раз­личной радиоаппаратуры. В этой статье автор рас­сказывает о ИБП, которые собираются на широ­ко распространенных микросхемах нескольких серий TinySwitch.

Американская компания Power Integrations раз­работала и много лет выпускает несколько се­мейств интегральных микросхем (ИМС) для мало­мощных и малогабаритных сетевых импульсных обратноходовых источников питания с гальвани­ческой развязкой выходных напряжений от сети объединенных общим названием TinySwitch. Это такие семейства как:

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

Слово «Tiny» (крошечный) в названии этих се­мейств говорит об одной из главных особенностях ИМС этих серий – малых размерах.

Все микросхемы входящие в эти семейства имеют минимум внешних элементов и содержат встроенный выходной ключ на высоковольтном МДП-транзисторе. Рабочее напряжение сток-ис­ток 700 В (для TinySwitch-4 – 725 В). ИМС семей­ства TinySwitch и всех более совершенных се­мейств используются в зарядных устройствах для сотовых телефонов, импульсных блоках питания (ИБП) радиотелефонных удлинителей (бесшнуро­вых радиотелефонов) и антенных усилителей, блоках питания дежурного режима телевизоров, персональных компьютеров и т.п.

В этой статье ограничимся рассмотрением более ранних из этих семейств: TinySwitch, TinySwitch Plus и TinySwitch-II.

Особенности микросхем всех этих семейств сведены в Tableau 1, а внешний вид ИМС и располо­жение выводов показано на рис.1.

TinySwitch – это семейство экономичных ми­кросхем для маломощных ИБП состоит из трех ми­кросхем TNY253, TNY254 и TNY255, каждая из ко­торых может быть выполнена в одном из двух корпусов DIP-8 (в конце названия микросхемы стоит буква Р) или SMD-8 (в конце названия ми­кросхемы стоит буква G). Так, как частота преоб­разования для микросхем TNY253 и TNY254 со­ставляет 44 кГц, а для TNY255 – 130 кГц, то импульсный трансформатор для ИБП на микро­схеме TNY255 имеет меньшие размеры, чем ана­логичный для ИБП на микросхеме TNY253 или TNY254. По этой же причине ИБП на TNY255 созда­ет несколько больший уровень помех.

Le tableau 1

Семейство микросхем	Тип микросхем	Style	Расположение résultats	230 В или 115 В (с выоенияпрямителем удвоения)	85…265 В
TinySwitch®	TNY253P	DIP-8	Рис.1а	0…4	0…2
	TNY253G	SMD-8	Рис.1б
	TNY254P	DIP-8	Рис.1а	2…5	1…4
	TNY254G	SMD-8	Рис.1б
	TNY255P	DIP-8	Рис.1а	4…10	3,5…6,5
	TNY255G	SMD-8	Рис.1б
TinySwitch® Plus	TNY256P	DIP-8	Рис.1а	8…15	5…10
	TNY256G	SMD-8	Рис.1б
	TNY256Y	Т0-220-7В	Рис.1в	8…19	5…11
TinySwitch®-II	TNY263P	DIP-8B	Рис.1а	5/7,5*	3,7/4,7*
	TNY263G	SMD-8B	Рис.1б
	TNY264P	DIP-8B	Рис.1а	5,5/9*	4/6*
	TNY264G	SMD-8B	Рис.1б
	TNY265P	DIP-8B	Рис.1а	8,5/11*	5,5/7,5*
	TNY265G	SMD-8B	Рис.1б
	TNY266P	DIP-8B	Рис.1а	10/15*	6/9,5*
	TNY266G	SMD-8B	Рис.1б
	TNY267P	DIP-8B	Рис.1а	13/19*	8/12*
	TNY267G	SMD-8B	Рис.1б
	TNY268P	DIP-8B	Рис.1а	16/23*	10/15*
	TNY268G	SMD-8B	Рис.1б

*В числителе указана номинальная мощность преобразователя БП в закрытом корпусе без вентиляции, а в знаменателе - максимальная мощность преобразователя БП в бескорпусном варианте при температуре окружающей среды 50 °С.

ИМС семейства TinySwitch не рекомендуют использовать в производстве современной аппа­ратуры, но этих микросхем предостаточно в уже произведенной аппаратуре, которая попадает ра­диолюбителям на ремонт или разборку.

Семейство микросхем TinySwitch Plus, состо­ящее из одной микросхемы TNY256, является мо­дернизацией TinySwitch. Эта микросхема изготав­ливается в одном из трех корпусов DIP-8 (TNY256P), SMD-8 (TNY256G) или ТО220-7В (TNY256Y). ИМС TinySwitch Plus мощнее, чем мик­росхемы TinySwitch (см. Tableau 1), но это не един­ственное их различие. Микросхемы TinySwitch Plus имеют защиту по превышению напряжения и прерывистый режим работы (auto-restart) при пе­регрузке, всего этого не было у микросхем TinySwitch.

Семейство микросхем TinySwitch-JE JE – это про­дукт дальнейшей модернизации микросхем TinySwitch и TinySwitch Plus с улучшенными харак­теристиками и защитой. Это обеспечивает сохран­ность элементов обвязки микросхемы и устройств, которые питаются от ИБП HaTinySwitch-II, при ко­ротких замыканиях, дребезге контактов сетевого соединителя, скачках напряжения сети и т.п. Они имеют частоту преобразования 132 кГц. Семейст­во TinySwitch-II состоит из шести микросхем TNY263, …, TNY268, каждая из которых изготавли­вается в одном из двух корпусов DIP-8B (TNY263R …. TNY268P) или SMD-8B (TNY264G, …, TNY268G).

Все микросхемы рассматриваемых семейств содержат:

• выходной ключ на МДП-транзисторе;
• генератор, вырабатывающий тактовые и уп­равляющие импульсы на частотах 44 кГц (TNY253 и TNY254), 130 кГц (TNY255 и TinySwitch Plus) или 132 кГц (TinySwitch-II);
• внутренний источник питания 5,8 В;
• схемы внутренней логики;
• термозащиту;
• схему ограничения тока;
• схемы защиты при увеличении напряжения и при уменьшении напряжения (только TinySwitch Plus и TinySwitch-II).

Корпуса DIP-8 (DIP-8B) и SMD-8(B) имеют 8(7) выводов. Исток МДП-транзистора (S) ИМС в этих корпусах выведен на 5 или 4 вывода микросхе­мы. Если все выводы истока подпаяны к плате, то это обеспечивает повышенный теплообмен и, в итоге, оптимальное охлаждение микросхемы. Для улучшения теплообмена TNY256Y (в корпусе ТО220-7В) можно крепить за фланец на радиа­торе.

Мощностьпотребленияна холостомходу (мВт)	Частотапреобразования (кГц)
60	44
	130
50	132

Назначение выводов микро­схем TinySwitch следующее:

• D (DRAIN) – сток МДП- транзистора выходного ключа, через этот вывод осуществля­ется также за­пуск микро­схемы при включении и питание ее в установив­шемся режи­ме;
• S (SOURCE) – исток МДП- транзистора выходного ключа;
• BP (BYPASS) – вывод под­ключения внешнего развязываю­щего конден­сатора для внутреннего источника пи­тания 5,8 В микросхемы

(вывод не предназначен для подключения внешней нагрузки);

• EN (ENABLE) – вход разрешения, низкий уро­вень напряжения на котором блокирует рабо­ту преобразователя ИБП, за счет чего проис­ходит управление микросхемой.

У микросхем семейств TinySwitch Plus и TinySwitch-II последний из этих выводов имеет двойное назначение и обозначается как EN/UV. Кроме входа разрешения, этот вывод использует­ся как вход UV (under-voltage), что обеспечивает защиту микросхемы при уменьшении напряжения сети. Для обеспечения этой функции на вывод UV необходимо подать через резистор сопротивлени­ем 2 МОм часть напряжения сетевого выпрямите­ля. Если этот резистор не устанавливать, то схема защиты при уменьшении напряжения сети ра­ботать не будет, но все остальные рабочие функ­ции ИМС сохраняются.

Принципиальная схема типового ИБП на микро­схемах семейства TinySwitch показана на рис.2, а назначение деталей этой схемы сведено в табл.2.

Le tableau 2

№ детали	Rendez-vous
IC1	микросхема семейства TinySwitch
IC2	оптопара, обеспечивающая гальваническую развязку в цепи, управляющей обратной связи
D1	сетевой выпрямительный мост
D2	диод вторичного импульсного выпрямителя
D3, R3	пороговое устройство
Cl	конденсатор сглаживающего фильтра сетевого выпрямителя
NW	развязывающий конденсатор внутреннего источника питания 5,8 В микросхемы
C4	конденсатор сглаживающего фильтра вторичного импульсного выпрямителя
Rl, С2	цепь защиты МДП-транзистора от выбросов ЭДС в первичной обмотке Т1 при запирании этого транзистора
T1	импульсный трансформатор

Типового принципиальная схема ИБП на ИМС се­мейства TinySwitch Plus изображена на рис.3. Есть два небольших отличия этой схемы от схемы рис.2.

Первое – это наличие цепи защиты МДП-транзистора от выбросов ЭДС в первичной обмотке Т1 при его запирании, которая состоит из R1, С2 и ди­ода D4. Эту цепь в иностранной технической ли­тературе имеет назвние – снаббер.

Второе – это наличие подтягивающего резис­тора R2 между плюсом сетевого выпрямителя и входом EN/UV микросхемы. Схема включения ми­кросхем TinySwitch-II и назначение остальных де­талей обвязки аналогично TinySwitch Plus (сравни­те Figure 2 et Figure 3).

Импульсный блок питания мощностью 5 Вт на микросхеме TNY266P

Этот блок питания разработан изготовителем микросхем TinySwitch фирмой Power Integrations и рассчитан на работу от сети переменного тока 85…265 В. Выходные напряжения 5 В (4,75… 5,25 В) и 12 В (10 … 13,8 В). Его схема изображена на fig.4.

Подробную информацию о нем можно найти в [1 ]. Эта схема имеет ряд особенностей. Во-первых, не задействована защита от перегрузки по уменьшению напряжения (см. выше). Во-вторых, в цепь защиты МДП-транзистора микросхемы U1 от выбросов ЭДС в первичной обмотке импульсного трансфор­матора Т1 введен супрессор VR1. В-третьих, в од­ном из вторичных выпрямителей используется диод Шоттки (D6), а для сглаживания пульсаций в этом выпрямителе и выпрямителе напряжения сети используются П-образные LC-фильтры. На­значение деталей этого блока сведено в табл.3.

Таблица 3

№ детали	Rendez-vous
R1	ограничивающий резистор (разрывный)
Dl D4	диоды сетевого выпрямительного моста
LI, Cl, С2	сглаживающий фильтр сетевого выпрямителя
U1	микросхема TNY266P
T1	импульсный трансформатор
U2	Оптопара РС817А, обеспечивающая гальваническую развязку в цепи управляющей обратной связи
R3	résistance de limitation
VR1, D5	цепь защиты МДП-транзистора ИМС U1 от выбросов ЭДС в первичной обмотке Т1 при запирании этого транзистора (снаббер)
NW	развязывающий конденсатор внутреннего источника питания 5,8 В микросхемы
D6, D7	диоды вторичного импульсного выпрямителя
C6	конденсатор сглаживающего фильтра вторичного импульсного выпрямителя
С5, L2, С7	сглаживающий фильтр вторичного импульсного выпрямителя
VR2 , R4	пороговое устройство
LED1, R5	индикатор выходного напряжения 12 В
LED2, R6	индикатор выходного напряжения 5 В

У радиолюбителей большие трудности вызывает подбор фирменного или изготовление импульсного трансформатора. Замечу, что в [1] приве­ден расчет и конструк­ция такого трансформа­тора для рассмотренного ИБП. Все же, при желании, в этом ИБП можно ис пользовать трансформатор Р5008 фирмы Pulse, не смотря на то, что он рассчитан под микросхему TNY255. Схема этого трансформатора с номерами выводов показана на рис.5, а внешний вид и габа­риты на рис.6.

Специально для ИБП на микросхемах семейств TinySwitch фирма Pulse выпускает ряд трансфор­маторов, параметры которых сведены в табл.4.

Таблица 4

Трансформатор (Part Number)	Коэффициент трансформации	Максимальная индуктивность рассеяния (мкГн)	Puce	Puissance	Для двух выпрямителей / для одного выпрямителя
P5000	1:0,007:0,007	180	TNY253	до 2 Вт	3,3 В … 6 В/6 В … 12 В
P5001	1:0,01:0,01				6 В… 12 В/12 В… 24 В
P5004	1:0,007:0,007	200	TNY254	до 4 Вт	3,3 В… 5,5 В/6 В…12 В
P5005	1:0,01:0,01				6 В … 10 В / 12 В … 24 В
P5008	1:0,007:0,007	100	TNY255	до 5,5 Вт	3,3 В… 6 В/6 В… 12 В
P5009	1:0,01:0,01				6 В… 12 В/12 В… 24В

На схеме ИБП (рис.4) в позиции L2 стоит дрос­сель индуктивностью 18 мкГн, рассчитанный на ток 2,2 А. В качестве этого дросселя можно использо­вать один из дросселей производства фирмы Pulse: Р0751.223 (22 мкГн, 2,6 А), Р1168.273 (20,3 мкГн, 2,4 А), Р1169.273 (20,3 мкГн, 2,4 А) или Р0146 (23 мкГн, 2,43 А). Все перечисленные дроссели имеют малые размеры.

В позицию L1 (рис.4) разработчик рекоменду­ет устанавливать низкочастотный дроссель индук­тивностью 2,2 мГн, рассчитанный на ток 128 мА (например, фирмы Bosung).

Renvoi

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

Auteur : Игорь Безверхний, г. Киев
Source : журнал Радиоаматор №1, 2016