​5种经典开关电源结构的优缺点对比、调试时最常见的10大问题

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开关电源主可是指利用各类新型自关断器件并通过变换技术制成的高频开关式直流稳压电源。开关电源被誉为高效节能电源,它代表着稳压电源的发展方向,现已成为稳压电源的主流产品。开关电源已普遍运用在当前的各类电子设备上,其单位功率密度也在不断地提高.高功率密度的定义从1991年的25w/in3、1994年36w/in3、1999年52w/in3、2001年96w/in3,目前已高达数百瓦每立方英寸.可能开关电源中使用了小量的大功率半导体器件,如整流桥堆、大电流整流管、大功率三极管或场效应管等器件。下面贤集网小编来为你们介绍5种经典开关电源形状的优缺点对比、开关电源调试时最常见的10问题。一齐来看看吧!

5种经典开关电源形状的优缺点对比

1、单端正激式

单端:通过一只开关器件单向驱动脉冲变压器。

正激:脉冲变压器的原/付边相位关系,确保在开关管导通,驱动脉冲变压器原边时,变压器付边一齐对负载供电。

该电路的最问题是:开关管T交替工作于通/断这名具体情况,当开关管关断时,脉冲变压器存在“空载”具体情况,其中储存的磁能将被积累到下4个多多 周期,直至电感器饱和,使开关器件烧毁。图中的D3与N3构成的磁通复位电路,提供了泄放多余磁能的渠道。

2、单端反激式

反激式电路与正激式电路相反,脉冲变压器的原/付边相位关系,确保当开关管导通,驱动脉冲变压器原边时,变压器付边不对负载供电,即原/付边交错通断。脉冲变压器磁能被积累的问题容易正确处理,可是,可能变压器存在漏感,将在原边形成电压尖峰,可能击穿开关器件,前要设置电压钳位电路予以保护D3、N3构成的回路。从电路原理图上看,反激式与正激式很相象,表表表皮层层上可是变压器同名端的区别,但电路的工作方法不同,D3、N3的作用可是同。

3、推挽(变压器中心抽头)式

这名电路形状的特点是:对称性形状,脉冲变压器原边是4个多多 对称线圈,两只开关管接成对称关系,轮流通断,工作过程相似于线性放大电路中的乙类推挽功率放大器。

主要优点:高频变压器磁芯利用率高(与单端电路相比)、电源电压利用率高(与中间要叙述的半桥电路相比)、输出功率大、两管基极均为低电平,驱动电路简单。

主要缺点:变压器绕组利用率低、对开关管的耐压要求比较高(合适是电源电压的两倍)。

4、全桥式

这名电路形状的特点是:由四只相同的开关管接成电桥形状驱动脉冲变压器原边。

图中T1、T4为一对,由同一组信号驱动,一齐导通/关端;T2、T3为另一对,由另一组信号驱动,一齐导通/关端。两对开关管轮流通/断,在变压器原边线圈中形成正/负交变的脉冲电流。

主要优点:与推挽形状相比,原边绕组减少了一半,开关管耐压降低一半。

主要缺点:使用的开关管数量多,且要求参数一致性好,驱动电路繁复,实现同步比较困难。这名电路形状通常使用在1KW以上超大功率开关电源电路中。

5、半桥式

电路的形状相似于全桥式,可是把其中的两只开关管(T3、T4)添加了两只等值大电容C1、C2。

主要优点:具有一定的抗不平衡能力,对电路对称性要求不很严格;适应的功率范围较大,从几十瓦到千瓦都都都可以 ;开关管耐压要求较低;电路成本比全桥电路低等。这名电路常常被用于各种非稳压输出的DC变换器,如电子荧光灯驱动电路中。

开关电源调试时最常见的10问题

一、变压器饱和

变压器饱和问题:在高压或低压输入下开机(带有轻载,重载,容性负载),输出短路,动态负载,高温等具体情况下,通过变压器(和开关管)的电流呈非线性增长,当经常总出 此问题时,电流的峰值无法预知及控制,可能愿因 电流过应力和可是而产生的开关管过压而损坏。

1、容易产生饱和的具体情况:

(1)变压器感量不要 ;

(2)圈数不要 ;

(3)变压器的饱和电流点比IC的最大限流点小;

(4)这样软启动。

2、正确处理方法:

(1)降低IC的限流点;

(2)加强软启动,使通过变压器的电流包络更缓慢上升。

二、Vds过高

1、Vds的应力要求:

最恶劣条件(最高输入电压,负载最大,环境温度最高,电源启动或短路测试)下,Vds的最大值不应超过额定规格的90%

2、Vds降低的方法:

(1)减小平台电压:减小变压器原副边圈数比;

(2)减小尖峰电压:

a、减小漏感:

变压器漏感在开关管开通是存储能量是产生这名尖峰电压的主要愿因 ,减小漏感都都可以 减小尖峰电压。

b、调整吸收电路:

①使用TVS管;

②使用较慢速的二极管,其这名都都可以 吸收一定的能量(尖峰);

③插入阻尼电阻都都可以 使得波形更加平滑,有益于减小EMI。

三、IC温度过高

愿因 及正确处理方法:

1、内部内部结构的MOSFET损耗不要 :

开关损耗不要 ,变压器的寄生电容不要 ,造成MOSFET的开通、关断电流与Vds的交叉面积大。正确处理方法:增加变压器绕组的距离,以减小层间电容,如同绕组分多层绕制时,层间加入一层绝缘塑料薄膜(层间绝缘)。

2、散热不良:

IC的很大一每段热量依靠引脚导到PCB及其上的铜箔,应尽量增加铜箔的面积并上更多的焊锡

3、IC付近空气温度太高:

IC应存在空气流动畅顺的地方,应远离零件温度太高的零件。

四、空载、轻载只有启动

1、问题:

空载、轻载只有启动,Vcc反复从启动电压和关断电压来回跳动。

2、愿因 :

空载、轻载时,Vcc绕组的感应电压太低,而进入反复重启动具体情况。

3、正确处理方法:

增加Vcc绕组圈数,减小Vcc限流电阻,适当添加假负载。可能增加Vcc绕组圈数,减小Vcc限流电阻后,重载时Vcc变得太高,请参照稳定Vcc的方法。

五、启动后只有加重载

愿因 及正确处理方法:

1、Vcc在重载时过高

重载时,Vcc绕组感应电压较高,使Vcc过高 并达到IC的OVP点时,将触发IC的过压保护,引起无输出。可能电压进一步升高,超过IC的承受能力,IC可能损坏。

2、内部内部结构限流被触发

a、限流点太低

重载、容性负载时,可能限流点太低,流过MOSFET的电流被限制而过高 ,使得输出过高 。正确处理方法是增大限流脚电阻,提高限流点。

b、电流上升斜率不要

上升斜率不要 ,电流的峰值会更大,容易触发内部内部结构限流保护。正确处理方法是在不使变压器饱和的前提下提高感量。

六、待机输入功率大

1、问题:

Vcc在空载、轻载时过高 。这名具体情况会造成空载、轻载时输入功率过高 ,输出纹波过大。

2、愿因 :

输入功率过高 的愿因 是,Vcc过高 时,IC进入反复启动具体情况,频繁的前要高压给Vcc电容充电,造成起动电路损耗。可能启动脚与高压间串有电阻,此时电阻上功耗将较大,可是启动电阻的功率等级要足够。电源IC未进入BurstMode或可能进入BurstMode,但Burst频率太高,开关次数不要 ,开关损耗过大。

3、正确处理方法:

调节反馈参数,使得反馈速率 降低。

七、短路功率过大

1、问题:

输出短路时,输入功率不要 ,Vds过高 。

2、愿因 :

输出短路时,重复脉冲多,一齐开关管电流峰值很大,造成输入功率不要 过大的开关管电流在漏感上存储过大的能量,开关管关断时引起Vds高。输出短路时有这名可能引起开关管停止工作:

(1)触发OCP这名方法都都可以 使开关动作立即停止

a、触发反馈脚的OCP;

b、开关动作停止;

c、Vcc下降到IC关闭电压;

d、Vcc重新上升到IC启动电压,而重新启动。

(2)触发内部内部结构限流

这名方法存在时,限制可占空比,依靠Vcc下降到UVLO下限而停止开关动作,而Vcc下降的时间较长,即开关动作维持较长时间,输入功率将较大。

a、触发内部内部结构限流,占空比受限;

b、Vcc下降到IC关闭电压;

c、开关动作停止;

d、Vcc重新上升到IC启动电压,而重新启动。

3、正确处理方法:

(1)减少电流脉冲数,使输出短路时触发反馈脚的OCP,都都可以 使开关动作越快停止工作,电流脉冲数将变少。这愿因 短路存在时,反馈脚的电压应该更快的上升。可是反馈脚的电容不可不要 ;

(2)减小峰值电流。

八、空载,轻载输出纹波过大

1、问题:

Vcc在空载或轻载时过高 。

(1)愿因 :

Vcc过高 时,在启动电压(如12V)和关断电压(如8V)之间振荡IC在周期较长的间歇工作,短时间提供能量到输出,接着停止工作较长的时间,使得电容存储的能量过高 以维持输出稳定,输出电压可能下降。

(2)正确处理方法:

保证任何负载条件下,Vcc不能稳定供给。

2、问题:

BurstMode时,间歇工作的频率太低,此频率太低,输出电容的能量只有维持稳定。

正确处理方法:

在满足待机功耗要求的条件下稍微提高间歇工作的频率,增大输出电容。

九、重载、容性负载只有启动

1、问题:

轻载不能启动,启动后可是能加重载,可是重载或大容性负载具体情况下只有启动。

2、一般设计要求:

无论重载还是容性负载(如20000uF),输入电压最低还是最低,20mS内,输出电压前要上升到稳定值。

3、愿因 及正确处理方法(保证Vcc在正常工作范围内的前提下):

下面以容性负载C=20000uF为例进行分析,按规格要求,前要有足够的能量使输出在20mS内上升到稳定的输出电压(如5V)。

E=0.5*C*V^2

电容C越大,前要在20mS内从输入传输到输出的能量更大。

以芯片FSQ0170RNA为相似图所示,阴影每段总面积S可是所需的能量。要增加面积S,方法是:

(1)增大峰值电流限流点I_limit,可允许流过更大电感电流Id:将与Pin4相接的电阻增大,从内部内部结构电流源Ifb分流更小,使作为电流限制参考电压的PWM比较器正输入端的电压将上升,即允许更大的电流通过MOSFET/变压器,都都可以 提供更大的能量。

(2)启动时,增加传递能量的时间,即延长Vfb的上升时间(到达OCP保护点前)。

对这款FSQ0170RNA芯片,电感电流控制是以Vfb为参考电压的,Vfb电压的波形与电感电流的包络成正比。控制Vfb的上升时间即可控制电感包络的上升时间,即增加传递能量的时间。IC的OCP功能是检测Vfb达到Vsd(如6V)实现的。可是要降低Vfb斜率,就都都可以 延长Vfb的上升时间。输出电压未达到正常值时,可能反馈脚电压Vfb可能上升到保护点,传递能量时间过高 。重载、容性负载启动时,输出电压建立较慢,加到光耦电压较低,通过光耦二极管的电流小,光耦光敏管高阻态(趋向关断)的时间较长。IC内部内部结构电流源给与反馈脚相接的电容充电较快,可能Vfb在这段时间内上升到保护点(如6V),MOSFET将关断。输出只有达到正常值,启动失败。

正确处理方法:

使输出电压达到正常值时,反馈脚电压Vfb仍然小于保护点。使Vfb远离保护点而缓慢上升,或延长反馈脚Vfb上升到保护点的时间,即降低Vfb的上升斜率,使输出有足够的时间上升到正常值。

A、增大反馈电容(C9),都都可以 将Vfb的上升斜率降低,如图所示,由D线变成A线。可是反馈电容不要 会影响正常工作具体情况,降低反馈速率 ,使输出纹波变大。可是此电容只有变化不要 。

B、可能A方法有过高 ,将4个多多 电容(C7)串连稳压管(D6,3.3V)并联到反馈脚。此法不用影响正常工作,如B线所示,当Vfb<3.3V时,稳压管不用导通,分流。上升3.3V时,稳压管进入稳压具体情况,电容C7始于 充电分流,减小后续Vfb的上升斜率。C。在431的K-A端并联4个多多 电容(C11),电源启动时,C11电压较低,并由光耦二极管和431的偏置电阻R10进行充电。另4个多多 光耦也有 较大电流通过,使光耦光敏管阻抗较低而分流,Vfb将缓慢上升,如C线所示。R10×C11影响充电时间,也就影响输出的上升时间。

注意点:

①增加反馈脚电容(包括稳压管串电容),对正确处理超大容性负载问题作用较小;

②增大峰值电流限流点I_limit,一齐也增加了稳态下的OCP点。前要在容性负载,输入最低具体情况下检查变压器是否 会饱和;

③可能要保持限流点,须使R10×C11更大,但在超大容性负载(20000uF)具体情况下,可能会增加5Vsb的上升时间超过20mS,此法前要检查动态响应是否 受不要 影响;

④431的偏置电阻R10太小,431并联的C11要更大;

⑤为了保证上升时间,增大OCP点和增大R10×C11方法可能要一齐使用。

十、空载、轻载输出反跳

1、问题:

在输出空载或轻载时,关闭输入电压,输出(如5V)可能会经常总出 如下图所示的电压反跳的波形。

2、愿因 :

输入关掉时,5V输出可能下降,Vcc也跟着下降,IC停止工作,可是空载或轻载时,巨大的PC电源大电容电压不用能快速下降,仍然不能给高压启动脚提供较大的电流使得IC重新启动,5V又重新输出,反跳。

3、正确处理方法:

在启动脚串入较大的限流电阻,使得大电容电压下降到仍然比较高的前一天也过高 以提供足够的启动电流给IC。将启动接到整流桥前,启动不受大电容电压影响。输入电压关断时,启动脚电压不能越快下降。

上述是贤集网小编为你们讲解的5种经典开关电源形状的优缺点对比、开关电源调试时最常见的10问题。现如今,开关电源使用这样广泛,高频化是目前开关电源技术发展的主要方向之一,也是高频开关整流器发展的主要趋势之一。但随着开关频率的提高,功率器件的开关损耗将成比例地增加。可是在开关颇率较高时,需采取非常有效的“软化”方法,尽可能降低器件的开关损耗。目前比较流行的方法是采用有源软开关技术,如谐振技术、准谐振(或多谐振)技术、ZCS-PWM(或ZVS-PWM)技术及ZCT-PWM(或ZVT-PWM)技术等。另这名较实用的方法是采用无源无耗软开关技术,即采用无源器件(L,C,D等)构成独特的(专利的)电路网络,对功率开关实现无损耗级冲。

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