PI开关电源设计指引（发布日期：2011-11）1 范围本标准描述了开关电源电路硬件控制的实现方法，一般开关电源电路设计者在使用不同型号的开关 电源控制 IC 及不同的开关电源电路方案时可以此为参考，更快、更好地完成特定功能的硬件设计。希 望本标准能对硬件可靠性的提升有所帮助。本标准适用于PI开关电源电路的设计。2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的 修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究 是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB/T 7725房间空气调节器GB/T 15184按能力批准评定质量的电子设备用开关电源变压器分规范GB/T 14714微小型计算机系统设备用开关电源通用技术条件QMK-J33.242开关变压器设计指引3 硬件接口定义及相关原理图3.1控制芯片型号 TinySwitch-III系列离线开关IC（TNY276TNY279）；3.2 管脚功能说明如下：EN/UV脚：输入使能信号和输入线电压欠压检测。1、EN功能：在正常工作时，通过此引脚可以控制功率MOSFET的开关，当从此引脚拉出的电流大于115uA, MOSFET被关断。当此引脚拉出的电流小于75uA时，MOSFET重新开启。2、UV功能：在EN/UV引脚和DC电压间连接一个外部电阻可以用来感测输入电压的欠压情况。 如果没有外部电阻连接到此引脚，TinySwitch-III可检测出这情况并禁止输入电压欠压保护功能。BP/M 脚：旁路/多功能控制脚。1、旁路：一个外部旁路电容连接到这个引脚，用于生成内部5.85 V的供电电源。2、外部限流点设定：根据所使用电容的容值选择电流限流值。3、关断功能：在输入掉电时，当流入旁路引脚的电流超过IS时关断器件，直到BP/M电压下降 至到4.9 V之下。还可将一个稳压管从BP/M引脚连接到偏置绕组供电端实现输出过压保护。D脚：旁路电容充电引脚，同时也是内部功率MOSEFT的漏极（D极）。S脚：内置功率MOSEFT的源极（S极），同时也是开关电源控制电路的参考点。3.3 参考设计原理图本设计电路为双路输出，17V/100mA, 12V/1.1A。17V输出与初级侧共参考地，12V为次级侧， 与初级侧安全隔离。电源IC的供电有两种方式，一种是由IC内部直接供电，在每次MOSFET关断时，内部稳压 器会从漏极电压吸收电流，向旁路电容充电；另外可以由外部辅助绕组供电，供电的电流需要大于 IC的漏极供电电流，本设计为了提供待机效率，采用了辅助绕组供电方式。12V输出作为稳压取样回路，该回来电压稳定度最高，可以达到土2%，17V稳定度则次之。4各元器件在电路中的作用4.1、使用TinySwitch-III (TNY279)的2路输出15W开关电源电路如上图所示。其中12V作为主输 出，17V作为辅助输出。交流输入宽范围为：85264V，总输出功率15W。42、IC601：电源控制IC,是开关电源的核心器件，TinySwitch-III提供了 TNY274TNY280共7个不同功率的型号，可以根据不同的使用条件选择不同型号，选型表如下:输出功率表230 VAC 4 占8 5-265 VAC升放寸麵配辭1iWMH 或 开放式，6 W1 -i w5 Wa.5 wT NY275 戸或：OS.5 W15 We w1 1 .5 WT N Y276 PO1 O W1 A W7 W1 5 WTIXIY2T7 尸或 G1 3 W23 5 W8 W1 6 WTNIY2TS 尸改 31 e w23 W1 O W21 .5 WTZY2Z9 H sit Q1 s w32 W1 2. W25 WFN Y2SC 戶或：(22；20 W3C .5 W1 A W2S .5 W43、D601、R601、C601构成DRC吸收回路，将漏极的漏感关断电压控制在安全范围，D选用 快速二极管或超快速二极管，R选用68330kQ/2W金属氧化膜电阻，C选用1kV/222高压瓷片电 容/薄膜电容。4.4、R603用于限制外部供电电流，为了提高电源的效率，IC可选择外部供电方式，供电电流Ibp 由下等式计算：Ibp= (Vcc-5.85V) /R603注：Vcc：供电绕组电压，5.85V为BP/M引脚内部稳压源的稳压值。供电电流Ibp需要满足下列要求：1、为了保证IC不从漏极吸收电流，Ibp要大于漏极供电电流，漏极供电电流如下表所示：丨心型号最小值典型值最大值单位TNY274275360TNY275295400TNY276310430TNY277365460仪ATNY2784斗540TNY79510640TNY2S06307602、需要保证在Ibp在最恶劣情况需要小于BP/M脚关断电流：4mA。否则IC将会关断，直到BP/M 脚电压下降到4.9V以下才能恢复。45、C606作为IC内部电源退耦和储存能量电容，同时也作为限流点的选择。0.1 pF的电容即可实现标 准的电流限流值；1 pF电容将选择一个与相邻更小型号相同的流限值，10 pF电容将选择一个与相邻更大 型号相同的流限值(TNY274的没有提高流限的能力，TNY280更高流限值通常设定在850 mA)。4.6、IC603光电耦合器将初级和次级反馈信号进行安全隔离，光耦合器可以使用PC817或性能相近或更 优、绝缘耐压在3750Vac以上、电流传输比在100%或以上的光偶。47、R607、R608构成电压取样电路，将12V电源的电压变化反馈给控制端，该取样电路直接决定输 出电压的电压值，TL431的参考电压为2.495 V,输出电压：V12v=2.495* (R607+R608) / R608通常选取流过R608的电流是TL431参考端电流的100倍，所以R608的值可以选210kQ的阻 值，如对待机功耗有特别要求，电阻可以取较大的阻值。R608确定后，R607则可以由上等式确定。 48、C607和R606构成TL431的频率补偿电路，使反馈环路有足够的相位裕量和幅值裕量，保证电 源动态稳定。C 一般取104瓷片电容，R74的阻值需要小于R8。49、R605并光耦的LED两端，用来保证当LED不导通时流过TL431的电流大于1mA。PC817的 LED的压降典型值为1.2V,所以R605的通常取1k。4.10、C608、R612用于吸收二极管D603的反压尖峰，C608的取值需要大于二极管结电容的两倍， 具体参数需要通过实验确定。4.11、E602、L5、E603构成n型滤波电路，对输出电压进行平滑滤波和噪声抑制。5开关电源PCB设计注意事项在任何开关电源设计中，PCB板的物理设计都是重要一个环节，如果设计方法不当，PCB可能会 辐射过多的电磁干扰，甚至造成电源工作不稳定，在Layout时需要特别注意一下几点：51、BP/M引脚电容应放置在MP/M脚和源极最近的地方，并且电容不能与源极的大面积铜箔进行 直接连接，要求通过较窄的走线来连接，因为电源IC通过源极来散热，连接源极的铜箔会发热，从而影响旁路电容寿命。52、输入滤波电容、变压器初级、电源IC构成的回路尽可能小，滤波电容到变压器初级、变压 器初级到MOSFET漏极的走线不能太大，过大的铜箔会增加高频辐射EMI。53、变压器次级、整流二极管、输出滤波电容构成的回路也要尽可能小，二极管阳极的铜箔应选 择适当大小，过大会增加高频辐射EMI。54、MOSFET源极是IC的主要散热途径，增大源极的铜箔可实现良好的散热效果。55、光电耦合器要放置于靠近电源IC,缩短初级侧铜箔走线长度。56、高电流、高电压的漏极及钳位电路铜箔远离光电耦合器，以避免噪声信号干扰。6关键元器件的选择6.1 电容的选择6.1.1电解电容E601、E602、E603、E607、E608应选择CD286系列高频低ESR电容，电容的 耐 压应根据厂家提供的功能规格书，预留20%以上的余量，温度等级选用105C。6.1.2磁片电容C603、C604、C605、C606、C607、C610、C611应选高频特性好的陶瓷电容，一 般选 104。6.1.3安规电容CY602应选泄漏电流小的陶瓷Y1类或Y2类安规电容。6.1.4电容C601选用高压瓷片电容或薄膜电容，耐压选1000V或2000V。6.1.5电容C608选用高压瓷片电容，耐压选400V或1000V。6.2 二极管的选择D601、D602需要选择快恢复二极管，二极管额定电流不小于输出平均电流的5倍，常用的有 UF 系列（UF4004、UF4007）、HER 系列（HER104、HER107）、FR 系列（FR104、FR107） 等等，还可以选择低导通电压的肖特基二极管。D603 需要选择肖特基二极管或超快速二极管，如选肖特基二极管，二极管的额定电流不小于 输出平均电流的3倍，如选超快速二极管，二极管的额定电流不小于输出平均电流的5倍。6.3 光电耦合器的选择光电耦合器选择电流传输比100%300%的，常用的有PC817、TLP781等。6. 4电阻的选择R601选择不小于2W、耐压不小于500V的氧化膜电阻或陶瓷类电阻；R612的功率为：P=CV2f，C为C608的容值，V为电容两端的电压，f为开关频率，R612取标 称功率为实际计算功率的1.5倍以上，最后通过温升测试来确认功率是否选择合适。附录：其他参考电路:1、室外6W单路输出参考电路: