TNY276PN引脚功能及其应用详解

TNY276PN是Power Integrations公司TinySwitch-III系列的一款高性能、低成本的离线式开关电源IC，广泛应用于各类小功率电源适配器、充电器、机顶盒、LED照明等领域。其最主要的特点是集成了高压MOSFET、控制器、振荡器、启动和保护电路于一体，极大地简化了电源设计，降低了BOM成本，并提高了电源的可靠性和效率。理解TNY276PN的引脚功能对于正确设计和调试基于该IC的开关电源至关重要。

TNY276PN采用PDIP-8封装，其引脚数量较少，但每个引脚都承载着关键的功能。下面将对TNY276PN的各个引脚进行详细的介绍，并探讨其在实际电路中的应用。

1. 引脚总览

TNY276PN的8个引脚分别如下：

• BP (Bypass/Decoupling Pin): 旁路/去耦引脚

• EN/UV (Enable/Under-Voltage Pin): 使能/欠压引脚

• FB (Feedback Pin): 反馈引脚

• NC (No Connect): 未连接

• S (Source Pin): 源极引脚

• D (Drain Pin): 漏极引脚

尽管是8引脚封装，但其中有多个引脚的功能是并联的，以增强导热和降低寄生参数。具体来说，TNY276PN的PDIP-8封装中，通常有多个引脚连接到源极（S）和漏极（D），以更好地进行功率传输和散热。在实际应用中，工程师需要注意这些引脚的连接方式，以确保电路的稳定性和性能。

2. 详细引脚功能解析

接下来，我们将逐一详细解释每个引脚的功能。

2.1 BP (Bypass/Decoupling Pin) - 旁路/去耦引脚

功能描述: BP引脚是TNY276PN的内部控制电路的旁路/去耦引脚。它连接到芯片内部的参考电压和控制电路，为内部低压电路提供稳定的供电电压。为了确保芯片的正常工作和抑制高频噪声，必须在BP引脚和S引脚之间连接一个旁路电容。

应用场景与注意事项:

• 电容选择: 通常，BP引脚需要连接一个0.1μF的陶瓷电容。这个电容的选择至关重要，它能够有效滤除内部开关动作产生的高频噪声，并为控制电路提供稳定的瞬态电流，防止电压波动导致芯片误动作。电容的ESR（等效串联电阻）和ESL（等效串联电感）应尽可能小，以确保良好的高频性能。陶瓷电容由于其低ESR和ESL特性，是首选。

• 布局布线: 在PCB布局时，BP电容应尽可能靠近BP引脚和S引脚放置，走线要短而宽，以最大程度地减小寄生电感和寄生电阻，从而提高旁路效果。不正确的布线可能导致噪声耦合，影响芯片的稳定性。

• 电压稳定: BP引脚上的电压通常由芯片内部的稳压器提供，并维持在一个稳定的值（例如5.8V左右）。这个电压是内部振荡器、驱动器和保护电路的电源。如果BP电压不稳定，可能会导致芯片工作异常，甚至损坏。在系统启动时，BP电容会通过内部电流源充电，当电压达到设定阈值时，芯片才开始正常工作。这种机制为芯片提供了软启动功能，减少了启动冲击。

• 故障诊断: 如果BP电容失效或容量不足，可能会导致电源输出不稳定，出现间歇性工作，或者无法启动。在故障诊断时，检查BP引脚的电压波形和稳定性是重要的步骤。一个纹波过大的BP电压通常意味着旁路电容失效或布线不当。

2.2 EN/UV (Enable/Under-Voltage Pin) - 使能/欠压引脚

功能描述: EN/UV引脚是一个多功能引脚，它集成了使能功能和欠压保护功能。

• 使能功能: 通过控制EN/UV引脚的电压，可以使能或禁用TNY276PN的工作。当EN/UV引脚电压高于一定阈值时，芯片被使能；当电压低于另一阈值时，芯片被禁用。这允许外部电路控制电源的开关状态，实现软启动、遥控开关等功能。

• 欠压保护 (Under-Voltage Protection - UVP): EN/UV引脚还兼具输入欠压保护功能。当输入电压（通常通过电阻分压器连接到EN/UV引脚）低于预设的阈值时，TNY276PN将停止工作，以防止电源在输入电压过低时产生不稳定的输出或过大的损耗。

应用场景与注意事项:

• 反馈回路连接: 在实际应用中，EN/UV引脚通常作为反馈回路的一部分，用于调节输出电压或电流。通过将光耦的集电极连接到EN/UV引脚，输出电压的变化会通过光耦的导通程度改变EN/UV引脚的电流，进而影响芯片的占空比，从而稳定输出。TNY276PN采用ON/OFF控制方式，即通过控制开关管的开关次数来调节输出，而不是传统的PWM占空比调节。当EN/UV引脚的电流低于某个阈值时，芯片的开关动作被禁止；当电流高于阈值时，开关动作被允许。这种控制方式在轻载时能够提高效率。

• 启动电流: TNY276PN具有一个内部启动电流源，在启动初期，通过D引脚对BP电容充电。一旦BP电压达到内部设定的阈值，芯片开始工作。EN/UV引脚的电流是调节输出的关键。在空载或轻载时，芯片会通过跳周期（cycle skipping）的方式工作，即在多个开关周期中，只有部分周期进行开关动作，以维持输出电压，从而降低损耗。

• 输入欠压检测: 为了实现输入欠压保护，可以将高压直流母线通过两个串联电阻分压后连接到EN/UV引脚。当母线电压过低时，EN/UV引脚电压也会随之降低，当达到欠压阈值时，芯片停止工作。这有助于保护后续电路，避免在输入电压不稳定时出现异常。电阻分压器的设计需要精确计算，以确保在期望的欠压点触发保护。

• 外部控制: EN/UV引脚也可以用于外部控制，例如通过一个NPN晶体管或一个微控制器来控制其电压，从而实现电源的远程开关功能。例如，当微控制器需要关闭电源时，可以将EN/UV引脚拉低，使TNY276PN停止工作。

• 噪声抑制: 由于EN/UV引脚是一个敏感的控制引脚，其布线应远离噪声源，并采取适当的滤波措施，例如在EN/UV引脚上并联一个小电容，以抑制高频噪声干扰，防止误触发。

2.3 FB (Feedback Pin) - 反馈引脚

功能描述: FB引脚是TNY276PN的反馈输入引脚，用于接收来自光耦的反馈信号。通过调节流过FB引脚的电流，芯片能够感知输出电压或电流的变化，并相应地调整开关动作，从而稳定输出。

应用场景与注意事项:

• 光耦连接: 在隔离型开关电源中，FB引脚通常与光耦的集电极相连。光耦的原边（发光二极管）由输出侧的误差放大器（例如TL431）驱动。当输出电压发生变化时，TL431调节流过光耦LED的电流，从而改变光耦三极管的导通程度，进而影响FB引脚的电流。

• 恒压/恒流控制:

• 恒压控制 (CV): 在恒压应用中，FB引脚上的电流变化反映了输出电压的变化。TNY276PN内部的比较器会根据FB引脚电流的大小来决定是否开启下一个开关周期。当FB引脚电流超过一定阈值时，表示输出电压偏高，芯片会跳过一些开关周期；当FB引脚电流低于阈值时，表示输出电压偏低，芯片会增加开关周期。这种ON/OFF控制方式在轻载时能够显著提高效率。

• 恒流控制 (CC): 在恒流应用中，尤其是在LED驱动电源中，FB引脚也可以用于接收反映输出电流的信号。这通常通过在输出端串联一个采样电阻，并通过运放或专用电流检测IC将采样电压转换为控制FB引脚电流的信号。

• 偏置电流: FB引脚通常有一个内部偏置电流源，确保在光耦没有导通时，FB引脚保持在一个基准电压。

• 软启动: 在启动过程中，FB引脚上的电流也会受到内部软启动电路的影响，逐步增加开关占空比，减少启动冲击。

• 噪声敏感性: FB引脚同样对噪声敏感，其布线应尽量远离高频开关节点，并注意采取适当的滤波措施，以防止噪声耦合导致输出不稳定。在某些情况下，为了平滑FB引脚的信号，可能需要在FB引脚上并联一个小的电容。

• 输出电压调节: 通过改变光耦反馈回路中的分压电阻（通常是TL431的参考电压分压器），可以方便地调节输出电压。

2.4 NC (No Connect) - 未连接

功能描述: NC引脚表示该引脚在芯片内部没有连接到任何电路。

应用场景与注意事项:

• 物理连接: 尽管NC表示“未连接”，但在PCB设计中，为了增强机械稳定性，有时会将NC引脚连接到不带电的焊盘上。

• 避免连接: 重要的是不要将NC引脚连接到任何电压或信号线上，以防止潜在的干扰或损坏芯片。即使该引脚在当前型号中未连接，未来的产品迭代或不同的封装版本可能会赋予其新的功能。

• 散热考量: 对于PDIP-8封装，有时为了更好的散热，NC引脚所在的区域可能会设计为更大的铜箔面积，以帮助将芯片内部产生的热量散发出去。

2.5 S (Source Pin) - 源极引脚

功能描述: S引脚是TNY276PN内部集成的高压MOSFET的源极。它是MOSFET的公共地参考点，也是芯片内部所有控制电路的共同参考地。

应用场景与注意事项:

• 地线连接: S引脚必须直接连接到电源的初级地（GND）。这是整个初级电路的基准点。所有初级侧的信号和电压都相对于S引脚进行测量。

• 大电流路径: S引脚是高压MOSFET的电流回流路径，因此在PCB布局时，S引脚的走线应尽量粗短，以减小寄生电阻和寄生电感。过长的或过细的S引脚走线会导致较大的电压降，影响芯片的性能和效率，并可能引入噪声。

• 散热考量: 由于S引脚是功率开关管的一部分，通过它的电流可能较大，因此在PDIP-8封装中，通常会有多个引脚并联作为S引脚（例如引脚1、2、3），以提供更低的导通电阻和更好的散热能力。在PCB设计中，应将这些并联的S引脚连接到大的铜箔区域，以帮助散热。

• EMI/EMC: S引脚的良好接地对于抑制EMI（电磁干扰）和确保EMC（电磁兼容性）至关重要。一个干净、稳定的S引脚地平面有助于减少共模噪声和辐射干扰。

• 电压参考: BP电容和EN/UV引脚上的电压都相对于S引脚进行测量和稳定。因此，S引脚的稳定性直接影响芯片内部控制电路的正常运行。

2.6 D (Drain Pin) - 漏极引脚

功能描述: D引脚是TNY276PN内部集成的高压MOSFET的漏极。它直接连接到高压直流母线（通常通过变压器初级绕组和整流桥）。MOSFET的开关动作控制着流过变压器初级绕组的电流，从而实现能量从初级侧向次级侧的传输。

应用场景与注意事项:

• 高压连接: D引脚直接连接到高压直流母线。在电路设计时，必须确保D引脚的耐压能力满足应用需求，TNY276PN系列通常具有较高的漏源电压耐受能力，以适应宽范围的交流输入电压。

• 功率传输: D引脚是开关电源中功率传输的核心路径。当MOSFET导通时，D引脚将电流从直流母线引入变压器初级绕组；当MOSFET关断时，变压器初级绕组中的能量通过反激电压传输到次级侧。

• 开关噪声: D引脚是高压、高频开关节点，会产生大量的开关噪声和EMI。在PCB布局时，D引脚的走线应尽量短，并远离敏感信号线，以减少噪声耦合。同时，需要通过合适的Snubber电路（例如RCD缓冲电路）来吸收漏极尖峰电压，保护MOSFET不被过压损坏，并降低EMI。

• 散热考量: D引脚是主要的功率耗散点之一。在PDIP-8封装中，通常会有多个引脚并联作为D引脚（例如引脚5、6、7、8），以提供更好的散热通道。在PCB设计中，D引脚应连接到尽可能大的铜箔区域，并可能需要额外的散热片或散热孔，以确保芯片在工作时的温度保持在允许范围内。过高的结温会缩短芯片的寿命。

• 启动电流源: 在启动初期，TNY276PN内部的启动电流源通过D引脚对BP电容充电。一旦BP电压达到启动阈值，启动电流源关闭，芯片开始正常开关工作。这种设计简化了外部启动电路，提高了系统可靠性。

• 电流限制: TNY276PN内部集成了周期性电流限制功能。当D引脚电流超过预设阈值时，MOSFET会立即关断，从而保护芯片和外部电路免受过流损坏。这个电流限制是逐周期（cycle-by-cycle）的，提供了快速而有效的保护。

• 过压保护 (OVP): 虽然TNY276PN本身没有直接的次级OVP功能，但在变压器漏感引起的漏极尖峰电压过高时，内部的过压保护功能会通过侦测D引脚电压来防止MOSFET被击穿。

3. TNY276PN的工作原理概要

了解了TNY276PN的各个引脚功能后，我们可以大致勾勒出其工作原理：

1. 启动: 当交流输入电压经过整流滤波后，高压直流母线通过TNY276PN内部的启动电流源（连接在D引脚和BP引脚之间）对BP电容充电。当BP电容上的电压达到内部设定的启动阈值（例如5.8V）时，芯片开始工作。

2. 开关动作: 芯片内部的振荡器开始工作，驱动高压MOSFET以固定的频率（例如132kHz）进行开关。MOSFET的导通和关断受控于内部的ON/OFF控制逻辑。

3. 能量传输: 当MOSFET导通时，变压器初级绕组的电流线性增加，能量存储在变压器中。当MOSFET关断时，变压器初级绕组产生反激电压，存储的能量通过次级绕组传输到输出侧，并经过整流滤波后提供给负载。

4. 反馈调节: 次级侧的输出电压通过TL431和光耦电路反馈到TNY276PN的FB引脚。当输出电压升高时，光耦的导通程度增加，导致FB引脚的电流增加。芯片内部的控制逻辑会根据FB引脚的电流大小，跳过一部分开关周期（减少开关次数），从而降低输出电压。反之，当输出电压降低时，FB引脚电流减小，芯片会增加开关次数，使输出电压回升。这种ON/OFF控制方式实现了输出电压的稳定。

5. 保护功能: TNY276PN集成了多种保护功能，包括：

• 过流保护 (OCP): 通过监测D引脚的电流，当电流超过设定阈值时，MOSFET立即关断。

• 过温保护 (OTP): 当芯片内部温度超过安全阈值时，芯片会停止工作，防止热损坏。

• 欠压保护 (UVP): 通过EN/UV引脚检测输入电压，当输入电压过低时，芯片停止工作。

• 输出短路保护: 在输出短路时，由于反馈回路失效，TNY276PN会进入打嗝模式（hiccup mode），间歇性地尝试启动，以降低平均功耗并防止损坏。

• 开环保护: 当反馈回路开路时，芯片会进入保护状态。

4. 典型应用电路

TNY276PN的典型应用电路是一个隔离型反激式开关电源。

• 输入部分: 交流输入电压经过整流桥和高压滤波电容（C_IN）滤波后，形成高压直流母线。

• 初级侧:

• 变压器 (Transformer): 核心组件，用于能量存储和隔离。初级绕组连接到高压直流母线和TNY276PN的D引脚。

• TNY276PN: 开关电源控制器，其D引脚连接变压器初级绕组，S引脚接地，BP引脚连接旁路电容，EN/UV引脚和FB引脚连接反馈回路。

• RCD Snubber电路: 通常连接在D引脚和直流母线之间，由电阻、电容和二极管组成，用于吸收MOSFET关断时变压器漏感产生的尖峰电压，保护MOSFET。

• 次级侧:

• 整流二极管: 将变压器次级绕组的交流电压整流为脉动直流。

• 输出滤波电容 (C_OUT): 滤波平滑整流后的电压，提供稳定的直流输出。

• 负载: 接收电源的输出。

• 反馈回路:

• TL431 (可编程稳压器): 位于次级侧，与分压电阻共同检测输出电压。当输出电压偏离设定值时，TL431调节其阴极电流。

• 光耦 (Optocoupler): 提供初级和次级之间的隔离。光耦的LED连接到TL431的阴极，通过TL431调节LED电流。光耦的三极管集电极连接到TNY276PN的FB引脚（或EN/UV引脚，取决于设计），发射极连接到TNY276PN的S引脚（地）。通过光耦的导通程度，将次级侧的电压变化反馈给初级侧的TNY276PN，形成闭环控制。

5. TNY276PN设计考量与优化

在基于TNY276PN进行电源设计时，除了理解引脚功能，还需要考虑以下几个关键点：

5.1 变压器设计

变压器是反激式电源的核心。其设计参数直接影响电源的性能、效率、温升和EMI。主要参数包括：

• 匝数比 (Turns Ratio): 决定输出电压与初级侧反射电压的关系。

• 初级电感量 (Primary Inductance): 影响峰值电流、开关频率和效率。

• 磁芯材料与尺寸: 决定变压器的饱和特性、损耗和功率处理能力。

• 绕组方式: 影响漏感、分布电容和EMI。优化绕组方式可以显著降低漏感，从而减小D引脚的电压尖峰，降低RCD Snubber的损耗。

Power Integrations提供了PI Expert设计软件，可以辅助工程师进行变压器设计和参数优化，大大简化了设计过程。

5.2 元器件选择

除了TNY276PN本身，其他关键元器件的选择也至关重要：

• 高压输入电容 (Bulk Capacitor): 决定输入纹波电压、PFC（功率因数校正）性能（如果需要）以及保持时间。

• 输出整流二极管: 肖特基二极管常用于低压输出，具有较低的正向压降和较快的恢复时间，有助于提高效率。反向恢复时间（trr）和反向恢复电荷（Qrr）对于高频开关电源的效率和EMI性能至关重要。

• 输出滤波电容: 影响输出纹波、瞬态响应和寿命。需要选择低ESR、长寿命的电解电容。在某些对纹波要求严格的应用中，可能需要增加陶瓷电容来滤除高频噪声。

• Snubber电路元件: RCD参数的选取需要平衡效率和漏极尖峰抑制。电阻的功率额定值要足够，电容的耐压和ESR也要满足要求。

• 反馈回路元件: TL431、光耦和分压电阻的选择，决定了输出电压的精度和稳定性。光耦的CTR（电流传输比）特性会影响反馈环路的增益和稳定性。

5.3 PCB布局布线

良好的PCB布局布线是确保电源性能和EMI/EMC的关键。

• 大电流环路最小化: 初级侧大电流回路（输入电容、变压器初级绕组、TNY276PN的D和S引脚）和次级侧大电流回路（次级绕组、整流二极管、输出电容、负载）的面积应尽可能小，以减少辐射EMI和寄生电感。

• 地线布局: 初级地和次级地应分开，通过光耦和Y电容连接。初级地平面要宽大，S引脚直接连接到初级地。

• D引脚走线: D引脚到变压器初级绕组的走线应短而直，避免锐角。Snubber电路应靠近D引脚放置。

• 敏感信号线: BP、EN/UV、FB引脚的走线应远离高压、高频噪声源，必要时进行屏蔽或局部覆铜。

• 散热: 功率耗散元件（TNY276PN、整流二极管）应有足够的铜箔面积进行散热，必要时增加散热孔或散热片。

• Y电容放置: Y电容（跨接初级地和次级地）应靠近变压器放置，并且其走线应短而粗，以有效抑制共模噪声。

5.4 EMI/EMC优化

开关电源是EMI的主要来源之一。优化EMI/EMC需要多方面考量：

• 变压器设计: 采用三明治绕组、屏蔽绕组等技术可以有效降低耦合电容和漏感，从而减少共模和差模噪声。

• Snubber电路: 合适的Snubber电路不仅保护MOSFET，还能有效吸收能量，减少高频尖峰，降低传导和辐射EMI。

• 共模扼流圈: 在输入端增加共模扼流圈可以有效抑制共模噪声。

• X/Y电容: X电容用于抑制差模噪声，Y电容用于抑制共模噪声并提供初次级隔离。

• 屏蔽: 在某些对EMI要求极高的应用中，可能需要增加金属屏蔽罩。

• 布局布线: 如前所述，优化大电流环路、地线和敏感信号线的布局是降低EMI的基础。

5.5 保护机制

虽然TNY276PN内部集成了多种保护功能，但在特定应用中，可能还需要考虑外部保护：

• 输入过压保护: 通过TVS管或MOV（金属氧化物压敏电阻）在输入端提供浪涌保护。

• 次级过流保护: 对于某些应用，可能需要额外的次级过流检测电路，例如通过串联电阻和比较器。

• 次级过压保护: 虽然TNY276PN在开环时会有一定的保护机制，但在某些极端情况下，为了更可靠地保护负载，可能需要独立的次级过压保护电路，例如使用TL431和可控硅。

6. TNY276PN的优势与局限性

6.1 优势

• 高集成度: 将高压MOSFET、控制器和多种保护功能集成在一个芯片内，极大地简化了电源设计，减少了外部元器件数量和PCB面积。

• 成本效益: 由于高集成度，BOM成本显著降低，适合大规模生产。

• 高效率: 采用ON/OFF控制方式，在轻载和空载时能够自动跳过开关周期，大大提高了空载和轻载效率，满足日益严格的能效标准。

• 完善的保护功能: 内置过流、过温、欠压、输出短路、开环等保护，提高了电源的可靠性。

• 宽输入电压范围: 能够适应全球范围内的交流输入电压，应用灵活。

• 优秀的EMI性能: 采用跳频技术和抖动频率技术，有助于降低EMI。

• 启动迅速: 内部启动电流源确保了快速启动。

• 小尺寸封装: PDIP-8封装易于生产，并适用于紧凑型设计。

6.2 局限性

• 功率限制: TNY276PN属于小功率开关电源IC，通常适用于功率范围在几瓦到十几瓦的应用。对于更高功率的应用，需要选择其他更大型号的IC。

• ON/OFF控制的局限: 虽然ON/OFF控制在轻载时效率高，但在某些特定的负载条件下，可能会导致输出纹波略大，或者在音频范围内产生可闻噪声（尽管TNY276PN通过一些技术尽可能减少了这种情况）。

• 无法实现PFC: TNY276PN是单级反激，不具备PFC功能。对于需要高功率因数（例如大于0.9）的应用，需要额外的PFC级或选择集成PFC功能的IC。

• 反馈依赖光耦: 隔离型应用需要光耦，这会增加BOM成本和PCB面积，并引入一定的延时，影响瞬态响应。

7. 总结

TNY276PN作为一款经典的离线式开关电源IC，以其高集成度、高效率和完善的保护功能，在小功率电源领域占据重要地位。深入理解其每个引脚的功能及其在电路中的作用，是成功设计和调试基于TNY276PN的电源的关键。从BP引脚的去耦，到EN/UV引脚的使能和欠压保护，再到FB引脚的反馈控制，以及D和S引脚作为功率传输的核心，每个引脚都承载着特定的任务。在实际应用中，工程师需要综合考虑变压器设计、元器件选择、PCB布局布线以及EMI/EMC优化等多方面因素，才能充分发挥TNY276PN的优势，设计出稳定、高效、可靠的开关电源。随着技术的发展，像TNY276PN这样高集成度的控制器将继续在消费电子、工业控制和LED照明等领域发挥重要作用。