TinySwitchⅢ系列芯片由PI（Power Integrations）公司生产，集成了一个700V的高压功率MOSFET开关及一个电源控制器。电源控制器包括了一个振荡器、使能电路（感测及逻辑）、流限状态调节器、5.85 V稳压器、旁路/多功能引脚欠电压及过电压电路、电流限流选择电路、过热保护、电流限流电路、前沿消隐电路。该系列芯片采用简单的开/关控制方式实现PSM调制来稳定输出电压，集成了过电压、欠电压、限流、过热等多种保护机制，还增加了欠电压检测、自动重启动、自动调整的开关周期导通时间延长及频率抖动功能，芯片内部功能结构如图6-22所示[7]。该系列芯片引脚少，外围电路简单，可提供灵活的设计方案，实现5～36W的输出功率范围，适用于开关电源，也可用于LED驱动电源，该芯片用于LED驱动电源恒压控制、恒流控制的典型案例分别见本书8.3.1节、8.3.2节。

图6-22 TinySwitchⅢ内部功能结构

（注：该图取自参考文献7）

1.引脚功能

TinySwitchⅢ系列芯片根据输出功率的不同，主要包含TNY274～TNY280。这些芯片主要由以下四个引脚组成。

漏极（D）引脚：功率MOSFET的漏极连接点，在开启及稳态工作时提供内部操作电流。

旁路/多功能（BP/M）引脚：这一引脚有多项功能：

1）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）作为外部限流点设定，根据所使用外部旁路电容的数值可选择不同电流限流值。

3）它还提供了关断功能，实现欠电压或过电压保护。

使能/欠电压（EN/UV）引脚：此引脚具备两项功能：

1）输入使能：在正常工作时，通过此引脚可以控制功率MOSFET的开关。

2）输入线电压欠电压检测：在EN/UV引脚和DC线电压间连接一个外部电阻可以用来感测输入欠电压情况。

源极（S）引脚：内部连到MOSFET源极，作为高压功率的返回节点及控制电路的参考点。

2.控制方式的实现

（1）正常PWM信号及同步时钟

这两个信号由振荡器产生，平均频率均设置在132kHz。最大占空比信号（DC_MAX）是固定占空比的PWM信号，芯片设定的占空比典型值为65%；同步时钟信号用于启动每个周期的开始时刻。

振荡器电路可导入少量的频率抖动，通常为8kHz峰-峰值，即上述两个信号的频率可在124～140kHz范围内调节，频率抖动的调制速率设置为1kHz的水平，目的是降低平均及准峰值的EMI，并给予优化。

最大占空比信号具有自适应开关周期导通时间延长功能，即在一次电流未达到电流限流点前继续保持此开关周期导通，而不是在最大占空比DC_MAX达到后进入本周期的关断阶段，从而使PWM信号的占空比在一定范围内可调。这一特性降低了维持稳压所需的最小输入电压，延长了维持时间并降低了所需电解电容的尺寸。导通时间延长功能在电源上电开启时被禁止，直到电源输出电压达到稳定时才启动^[7]。

（2）PSM调制的控制方式

EN/UV引脚的芯片内部有一个输入使能电路，包括了一个使该引脚设置在1.2V的低阻抗源极跟随器，流经此源极跟随器的电流被限定为115μA。当流出此引脚的电流超过了阈值电流后，此使能电路的输出端ENABLE会产生一个低逻辑电平（禁止），直到流出此引脚的电流低于阈值电流。在每个周期起始时，同步时钟信号的上升沿对这一使能电路输出进行采样。如果高，功率MOSFET会在那个周期导通（启用）并以最大占空比信号工作，否则功率MOSFET将仍处于关闭状态（禁止）从而跳过一个周期。由于取样仅在每个周期的开始时进行，此周期中随后产生的EN/UV引脚电压或电流的变化对MOSFET状态都不构成影响，也即该引脚只是作为PSM方式的控制信号，用于选择本周期是PWM周期还是关断周期，并与同步时钟一起决定PWM信号的启动时刻，如图6-22中RS触发器的S端逻辑电路所示。(www.daowen.com)

应用于恒压控制时，电源输出电压与参考电压比较后的反馈信号产生EN/UV引脚信号。在典型应用中，EN/UV引脚由光耦驱动，光耦晶体管的集电极连接到EN/UV引脚，发射极连接到源极引脚，反馈信号驱动光耦二极管，当电源输出电压超出参考电压时，光耦二极管关断，光耦晶体管关断，使EN/UV引脚信号保持高状态（1.2V），控制MOSFET在本周期以正常PWM工作；当电源输出电压低于参考电压时，光耦LED开始导通，从EN/UV引脚拉出的电流超过115μA，从而将该引脚拉低，控制MOSFET跳过本周期，实现PSM控制方式。当接近最大负载时，芯片在大多数周期内均为PWM周期；在中等负载时，芯片会跳过多个周期；负载极轻时，仅有少部分周期启动以供给电源本身的功率消耗。在大多数工作条件下（除接近空载时），在开关周期被禁止时，低阻抗源极跟随器会保持EN/UV引脚不会低于1.2V过多，以改善连接到该引脚光耦的响应时间。该芯片典型的PSM方式波形如图6-23所示。

图6-23 TinySwitch-Ⅲ PSM方式典型波形

（注：该图取自参考文献7）

（3）电流限流控制

TinySwitch-Ⅲ的PSM调制模式还集成了电流限制控制方式，芯片内集成了功率MOSFET，因此通过内部的电流限流电路可自动检测MOSFET的工作电流。当电流超过流限值即内部阈值I_LIMIT时，会产生关断信号在该周期剩余阶段关断功率MOSFET。在功率MOSFET开启后，前沿消隐电路会将该关断信号抑制片刻。通过设置前沿消隐时间，可以防止由电容及次级整流管反向恢复时间产生的电流尖峰引起开关脉冲的提前误关断。

实际上电流限流电路与最大占空比信号（DC_MAX）通过逻辑门电路共同决定了PSM模式下本周期正常PWM信号的关断时刻，如图6-22中RS触发器的R端逻辑电路所示。如果本周期进入正常PWM周期，则MOSFET电流上升到流限值或达到DC_MAX占空比时均可关断MOSFET。由于TinySwitch-Ⅲ设计的最高流限值与频率是定值，它提供给负载的功率与电感及峰值一次电流的二次方成正比，因此，电源的设计包括计算实现最大输出功率所需的变压器一次电感，如果设计合理并根据功率选择了正确的TinySwitch-Ⅲ，那么一般流过电感内的电流会在达到DC_MAX前上升到流限值，提前进入本周期的关断阶段。

电流流限值I_LIMIT可通过BP/M引脚的外接电容设定，使用数值为0.1μF的电容会工作在标准的电流限流值上；对于TNY275280，使用数值为1μF的电容会将电流限流值降低到相邻更小型号的标准电流限流值；使用数值为10μF的电容会将电流限流值增加到相邻更大型号的标准电流限流值。进一步，I_LIMIT还可通过电流限流状态调节器在中轻度负载条件下以非连续方式降低电流限流阈值，该调节器监测使能的开关周期序列以确定负载情况，并以非连续方式相应地调节流限值。在重负载状态下，调节器将流限设置在最高值；在轻载状态下，当TinySwitch-Ⅲ开关频率有可能进入音频范围内时，流限状态调节器以非连续方式降低流限，较低的电流限流值使开关频率保持在音频范围之上，降低变压器的磁通密度从而减轻了音频噪声。

TinySwitch-Ⅲ的上述控制方式使得电源的输出电压纹波由输出电容、每一开关周期传输的总能量及反馈延时决定，能很好地抑制线电压纹波，提供不受输入电压影响的恒定输出功率；其开/关控制电路的响应时间比PWM控制要迅速得多，可获得精确的稳压精度及出色的瞬态响应特性。

3.保护功能的实现

TinySwitch-Ⅲ内部集成了多种保护功能，其保护电路分别通过逻辑门电路与上述控制功能电路进行逻辑操作，当保护状态发生时，禁止MOSFET的正常启动周期。

（1）输入欠电压保护

在输入直流电压与EN/UV引脚间连接一个外接电阻可用于监测输入电压。在通电或自动重启动时，功率MOSFET开关禁止期间，流入EN/UV引脚的电流必须超过25μA，以开启功率MOSFET；如果此期间出现输入欠电压情况，使流入该引脚的电流小于25μA，则保持功率MOSFET开关禁止，自动重启动计数器会停止计数，使禁止时间从正常的2.5s延长到欠电压消除为止。该欠电压电路能自动检测出没有外部电阻连接到此引脚的情况（低于1μA电流流入该引脚），此时禁止输入电压欠电压保护功能。

（2）一般欠电压保护

通过将要监测的电压接到BP/M引脚，可实现对该电压的欠电压保护，其保护策略采用滞环方式。BP/M引脚欠电压电路在稳态工作下，当BP/M引脚电压下降到4.9 V以下时，将关断功率MOSFET；然后该引脚电压必须再上升到5.85 V才可重新开启功率MOSFET。

（3）过电压保护

通过将要监测的电压接到BP/M引脚，还可实现对该电压的过电压保护，当发生过电压时，流入该引脚的电流超过阈值I_SD，将关断功率MOSFET。

（4）过热保护

TinySwitch-Ⅲ可方便地在内部自动检测MOSFET的温度，并通过热关断电路实现过热保护，保护采用滞环方式，阈值设置在142℃并具备75℃的迟滞范围。当温度超过上限阈值，功率MOSFET关闭，直到结温度下降到下限阈值，MOSFET才会重新开启。采用75℃（典型）的迟滞可防止因持续故障而使PCB出现过热现象。

（5）自动重启动

一旦出现故障，例如在输出过载、输出短路或开环情况下，TinySwitch-Ⅲ进入自动重启动操作。每当EN/UV引脚电压拉低时，一个由振荡器计时的内部计数器会重新置位。如果64ms内EN/UV引脚未被拉低，功率MOSFET通常被禁止2.5s（除欠电压状态，因MOSFET在欠电压时已被关断）。自动重启动电路对功率MOSFET进行交替使能和关闭，直到故障排除为止。在欠电压状态下，功率MOSFET开关的禁止时间超过了通常的2.5s，直到欠电压状态结束为止^[7]。