開關電源調整反饋參數，降低反饋速度

時間：2024-10-21 23:16:06

關鍵字：開關電源開關變換器

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[導讀]開關電源(Switch Mode Power Supply，簡稱SMPS)，又稱開關電源、開關變換器，是一種高頻功率變換裝置，是電源的一種。

開關電源" target="_blank">開關電源(Switch Mode Power Supply，簡稱SMPS)，又稱開關電源、開關變換器，是一種高頻功率變換裝置，是電源的一種。

1、變壓器飽和

當變壓器(及開關管)在高電壓或低電壓輸入(包括輕負載、重負載或容性負載)、輸出短路、動態(tài)負載或高溫的情況下導通時，通過變壓器的電流(和開關管)非線性增長。當這種情況發(fā)生時，峰值電流值無法預測或調節(jié)，從而導致電流過大，并因過壓而損壞開關管。

容易飽和：

1)變壓器電感過大;

2)圈數太少;

3)變壓器的飽和電流點小于IC的最大限流點 ;

4)無軟啟動。

解決方案：

1)降低IC的限流點 ;

2)加強軟啟動，使通過變壓器的電流包絡上升得更慢。

當前信封

2、Vds過高

Vds 的應力要求：

在最惡劣的條件下(最高輸入電壓、最重負載、最惡劣環(huán)境溫度、上電或短路測試)，Vds 的最大值不應超過指定規(guī)格的 90%。

降低Vds的方法：

1)降低平臺電壓：減少變壓器原、副邊匝數比;

2)降低尖峰電壓：

1、減少漏感：

當開關導通時，變壓器的漏感儲存能量，這是產生峰值電壓的主要原因?？梢酝ㄟ^降低漏感來降低峰值電壓。

2、調整吸收電路：

①采用TVS管;

② 使用速度較慢的二極管，其本身可以吸收一定的能量(尖峰);

③ 插入阻尼電阻可以使波形更加平滑，有利于降低EMI。

3、IC溫度過高

原因及解決辦法：

1)內部 MOSFET 損耗過大：

開關損耗過高，變壓器的寄生電容過高，導致MOSFET的開通和關斷電流與Vds之間存在巨大的交叉面積。解決辦法：增加變壓器繞線距離以減小層間電容，或者如果繞制多層，則在層間加一層絕緣膠帶(層間絕緣)。

2)散熱不良：

將熱量傳送到 PCB 的引腳及其上的銅箔占 IC熱量的很大一部分。應多涂焊料，并盡可能擴大銅箔面積。

3) IC周圍空氣溫度過高：

IC 應放置在空氣流通良好的地方，并應遠離零件溫度過高的地方。

4、空載、輕載無法啟動

現象：

空載、輕載無法啟動， Vcc 在啟動電壓和關斷電壓之間反復跳變。

原因：

空載和輕載時， Vcc 繞組感應電壓過低，進入反復重啟狀態(tài)。

解決方案：

增加Vcc繞組匝數，降低Vcc限流電阻，正確添加假負載。增加Vcc繞組匝數、減小Vcc限流電阻后，如果重載時Vcc過高，請參考穩(wěn)定Vcc的步驟。

5、啟動后無法重載

原因及解決辦法：

1) 重載時Vcc太高

負載較重時Vcc繞組的感應電壓較高，當Vcc過高并達到 IC 的OVP點時，會觸發(fā)IC 的過壓保護，導致無輸出。如果電壓升高超過 IC 的承受能力，IC將被損壞。

2) 內部限流被觸發(fā)

1、限流點太低

如果在重負載和容性負載下限流點太低，則流經MOSFET的電流受到限制而不足，導致輸出不足。增加限流引腳電阻和限流點作為補救措施。

2、電流上升斜率過大

如果上升斜率過大，電流峰值會更高，更容易觸發(fā)內部限流保護。解決方案是增加電感而不使變壓器飽和。

6、待機輸入功率大

現象：

空載和輕載時Vcc不足。這種情況會導致空載和輕載時輸入功率過高，輸出紋波過大。

原因：

輸入功率過大的原因是當Vcc不足時， IC 進入重復啟動狀態(tài)，經常需要高電壓給Vcc電容充電，導致啟動電路失效。如果在啟動引腳和高電壓之間串聯一個電阻，此時電阻的功耗會較大，因此啟動電阻的功率要足夠。

電源 IC 未進入 Burst Mode 或已進入Burst Mode，但Burst頻率過高，開關持續(xù)時間過長，開關損耗過高。

解決方案：

調整反饋參數，降低反饋速度。

7、短路功率過大

現象：

當輸出短路時，輸入功率過高，Vds過高。

原因：

輸出短路時重復脈沖較多，同時開關管電流峰值很大，導致輸入功率過高，開關管電流在內部儲存過多能量。漏感，導致開關管關斷時Vds較高。

當輸出短路時，開關管會因以下兩種原因之一而停止工作：

1)通過這種方式觸發(fā)OCP可以使開關動作立即停止

1. 觸發(fā)反饋引腳的OCP;

2、開關動作停止;

3. Vcc下降至IC關斷電壓;

4. Vcc 回升至 IC 啟動電壓并重新啟動。

2) 觸發(fā)內部限流

使用該方法時，可用占空比受到限制，當Vcc達到 UVLO下限時停止開關動作 ;然而，Vcc達到UVLO下限所需的時間較長，因此開關動作維持的時間較長，輸入功率較高。

1.觸發(fā)內部限流，占空比受限;

2. Vcc下降至IC關斷電壓;

3、開關動作停止;

4. Vcc 回升至 IC 啟動電壓并重新啟動。

解決方案：

1) 減少電流脈沖的數量，以便在輸出短路時激活反饋引腳的 OCP，從而使開關過程立即停止并減少電流脈沖的數量。這意味著當發(fā)生短路時，反饋引腳上的電壓應該上升得更快。因此，反饋引腳的電容應保持最小。

2) 降低峰值電流。

8、空載、輕載輸出紋波過大

現象：

空載或輕載時Vcc不足。

原因：

當Vcc不足時，振蕩器IC會在啟動電壓(如12V)和關斷電壓(如8V)之間間歇性地長時間工作，為輸出提供短暫的能量，然后長時間停止，導致電容器存儲放電。由于沒有足夠的能量來維持輸出穩(wěn)定，輸出電壓會下降。

解決方案：

保證在任何負載條件下都能穩(wěn)定提供Vcc。

現象：

Burst Mode下間歇工作的頻率太低，輸出電容的能量在該頻率下無法保持穩(wěn)定。

解決方案：

在滿足待機功耗要求的情況下，適當提高間歇工作頻率和輸出電容。

9、過載、容性負載無法啟動

現象：

可以輕載啟動，啟動后可以重載啟動，但不能重載或大容性負載啟動。

總體設計要求：

無論輸入電壓是最低還是最低(如10000uF)，輸出電壓必須在20mS內上升到穩(wěn)定值。

原因及解決方案(如果Vcc在其典型工作范圍內)：

下面以容性負載C=10000uF為例進行分析。

根據規(guī)范，輸出必須在 20 毫秒內升至穩(wěn)定的輸出電壓(例如 5V)。

E=0.5*C*V^2

電容 C 越高，在 20 毫秒內從輸入傳輸到輸出的能量就越多。

2)增加首次啟動時傳輸能量所需的時間，即延長 Vfb 上升時間(到達OCP保護點之前)。

延長 Vfb 的上升時間

該 FSQ0170RNA 芯片上的電感電流控制是以 Vfb 作為參考電壓，Vfb 電壓的波形與電感電流包絡成正比?？刂芕fb的上升時間可以調節(jié)電感包絡線的上升時間，從而增加能量傳輸的時間。

IC的OCP功能是通過感測Vfb何時達到 Vsd (例如6V)來實現的。因此，可以延長 Vfb 的上升時間，以最小化 Vfb 斜率。

當輸出電壓未達到正常值且反饋引腳電壓Vfb已達到保護點時，能量傳輸時間不足。當負載較重或容性負載時，輸出電壓上升緩慢，加在光耦上的電壓較低，流過光耦二極管的電流較小，光耦光敏管處于高阻狀態(tài)(容易導通 )關閉)較長一段時間。連接至反饋引腳的電容器可通過 IC 的內部電流源更快地充電。如果Vfb在這段時間內上升到保護點(例如6V)，MOSFET將被關斷。由于輸出無法達到正常值，導致啟動失敗。

解決方案：

當輸出電壓達到正常值時，反饋引腳電壓Vfb仍然小于保護點。使 Vfb 遠離保護點并緩慢爬升，或減小 Vfb 上升的斜率，以使輸出有足夠的時間上升到其通常值。

1. 增加反饋電容(C9)會降低 Vfb 從 D 線到 A 線的上升斜率，如圖所示。然而，如果反饋電容太大，則會干擾正常工作條件，減慢反饋速度，并增加輸出紋波。因此，電容不能波動太大。

2、由于方法A的不足，在反饋引腳并聯穩(wěn)壓管(D6，3.3V)串接一個電容(C7)。當Vfb小心時：這種方法不會干擾正常工作，因為B 行中指出。

1)加大反饋腳電容(包括穩(wěn)壓管串電容)，對于容性負載很大的問題影響最小;

2) 提高峰值電流限制點I limit ，以及穩(wěn)態(tài)OCP點。在容性負載和最小輸入的情況下，必須檢查變壓器是否會飽和。

3)若要保持限流點，應增大R10C11;然而，在超級電容負載(10000uF)的情況下，5Vsb的上升時間可能會增加到20mS以上，因此應該檢查該方法，看看動態(tài)響應是否受到太大影響。;

4)431的偏置電阻R10太小，并聯431的C11要大一些;

5)為了保證上升時間，可以同時采用增加OCP點和增加R10×C11的方法。

10、空載、輕載輸出去抖

當輸入關閉時，5V 輸出將減小，Vcc 也將減小，IC 將停止工作。但在空載或輕載時，大容量PC電源和巨大電容的電壓無法快速下降，高壓啟動引腳仍能接收到較大電壓。電流重新啟動 IC。5V 輸出再次去抖。

解決方案：