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總結(jié):開關(guān)電源調(diào)試時(shí)最常見的10大問題及解決方法

發(fā)布時(shí)間:2018-12-06 責(zé)任編輯:xueqi

【導(dǎo)讀】做為工程師的你是否知道開關(guān)電源調(diào)試時(shí)最常見的10個(gè)問題呢?以下將詳細(xì)分析開關(guān)電源調(diào)試時(shí),變壓器飽和、Vds過高、IC 溫度過高等常見問題,并且還附上對(duì)應(yīng)的解決方法。
 
1 變壓器飽和
 
變壓器飽和現(xiàn)象
 
在高壓或低壓輸入下開機(jī)(包含輕載,重載,容性負(fù)載),輸出短路,動(dòng)態(tài)負(fù)載,高溫等情況下,通過變壓器(和開關(guān)管)的電流呈非線性增長(zhǎng),當(dāng)出現(xiàn)此現(xiàn)象時(shí),電流的峰值無法預(yù)知及控制,可能導(dǎo)致電流過應(yīng)力和因此而產(chǎn)生的開關(guān)管過壓而損壞。
 
變壓器飽和時(shí)的電流波形
 
容易產(chǎn)生飽和的情況:
1)變壓器感量太大;
2)圈數(shù)太少;
3)變壓器的飽和電流點(diǎn)比IC的最大限流點(diǎn)小;
4)沒有軟啟動(dòng)。
解決辦法:
1)降低IC的限流點(diǎn);
2)加強(qiáng)軟啟動(dòng),使通過變壓器的電流包絡(luò)更緩慢上升。
 
 
2 Vds過高
 
Vds的應(yīng)力要求:
最惡劣條件(最高輸入電壓,負(fù)載最大,環(huán)境溫度最高,電源啟動(dòng)或短路測(cè)試)下,Vds的最大值不應(yīng)超過額定規(guī)格的90%
 
Vds降低的辦法:
1)減小平臺(tái)電壓:減小變壓器原副邊圈數(shù)比;
 
2)減小尖峰電壓:
 
a.減小漏感:
變壓器漏感在開關(guān)管開通是存儲(chǔ)能量是產(chǎn)生這個(gè)尖峰電壓的主要原因,減小漏感可以減小尖峰電壓。
 
b.調(diào)整吸收電路:
①使用TVS管;
②使用較慢速的二極管,其本身可以吸收一定的能量(尖峰);
③插入阻尼電阻可以使得波形更加平滑,利于減小EMI。
 
3 IC 溫度過高
 
原因及解決辦法:
 
1)內(nèi)部的MOSFET損耗太大:
開關(guān)損耗太大,變壓器的寄生電容太大,造成MOSFET的開通、關(guān)斷電流與Vds的交叉面積大。解決辦法:增加變壓器繞組的距離,以減小層間電容,如同繞組分多層繞制時(shí),層間加入一層絕緣膠帶(層間絕緣) 。
 
2)散熱不良:
IC的很大一部分熱量依靠引腳導(dǎo)到PCB及其上的銅箔,應(yīng)盡量增加銅箔的面積并上更多的焊錫
 
3)IC周圍空氣溫度太高:
IC應(yīng)處于空氣流動(dòng)暢順的地方,應(yīng)遠(yuǎn)離零件溫度太高的零件。
 
4 空載、輕載不能啟動(dòng)
 
現(xiàn)象:
空載、輕載不能啟動(dòng),Vcc反復(fù)從啟動(dòng)電壓和關(guān)斷電壓來回跳動(dòng)。
 
原因:
空載、輕載時(shí),Vcc繞組的感應(yīng)電壓太低,而進(jìn)入反復(fù)重啟動(dòng)狀態(tài)。
 
解決辦法:
增加Vcc繞組圈數(shù),減小Vcc限流電阻,適當(dāng)加上假負(fù)載。如果增加Vcc繞組圈數(shù),減小Vcc限流電阻后,重載時(shí)Vcc變得太高,請(qǐng)參照穩(wěn)定Vcc的辦法。
 
5 啟動(dòng)后不能加重載
 
原因及解決辦法:
1)Vcc在重載時(shí)過高
重載時(shí),Vcc繞組感應(yīng)電壓較高,使Vcc過高并達(dá)到IC的OVP點(diǎn)時(shí),將觸發(fā)IC的過壓保護(hù),引起無輸出。如果電壓進(jìn)一步升高,超過IC的承受能力,IC將會(huì)損壞。
2)內(nèi)部限流被觸發(fā)
a.限流點(diǎn)太低
重載、容性負(fù)載時(shí),如果限流點(diǎn)太低,流過MOSFET的電流被限制而不足,使得輸出不足。解決辦法是增大限流腳電阻,提高限流點(diǎn)。
 
b.電流上升斜率太大
上升斜率太大,電流的峰值會(huì)更大,容易觸發(fā)內(nèi)部限流保護(hù)。解決辦法是在不使變壓器飽和的前提下提高感量。
 
6 待機(jī)輸入功率大
 
現(xiàn)象:
 
Vcc在空載、輕載時(shí)不足。這種情況會(huì)造成空載、輕載時(shí)輸入功率過高,輸出紋波過大。
 
原因:
輸入功率過高的原因是,Vcc不足時(shí),IC進(jìn)入反復(fù)啟動(dòng)狀態(tài),頻繁的需要高壓給Vcc電容充電,造成起動(dòng)電路損耗。如果啟動(dòng)腳與高壓間串有電阻,此時(shí)電阻上功耗將較大,所以啟動(dòng)電阻的功率等級(jí)要足夠。
 
電源IC未進(jìn)入Burst Mode或已經(jīng)進(jìn)入Burst Mode,但Burst 頻率太高,開關(guān)次數(shù)太多,開關(guān)損耗過大。
 
解決辦法:
調(diào)節(jié)反饋參數(shù),使得反饋速度降低。
 
7 短路功率過大
 
現(xiàn)象:
輸出短路時(shí),輸入功率太大,Vds過高。
 
原因:
輸出短路時(shí),重復(fù)脈沖多,同時(shí)開關(guān)管電流峰值很大,造成輸入功率太大過大的開關(guān)管電流在漏感上存儲(chǔ)過大的能量,開關(guān)管關(guān)斷時(shí)引起Vds高。
 
輸出短路時(shí)有兩種可能引起開關(guān)管停止工作:
 
1)觸發(fā)OCP這種方式可以使開關(guān)動(dòng)作立即停止
a.觸發(fā)反饋腳的OCP;
b.開關(guān)動(dòng)作停止;
c.Vcc下降到IC關(guān)閉電壓;
d.Vcc重新上升到IC啟動(dòng)電壓,而重新啟動(dòng)。
 
2)觸發(fā)內(nèi)部限流
這種方式發(fā)生時(shí),限制可占空比,依靠Vcc下降到UVLO下限而停止開關(guān)動(dòng)作,而Vcc下降的時(shí)間較長(zhǎng),即開關(guān)動(dòng)作維持較長(zhǎng)時(shí)間,輸入功率將較大。
 
a.觸發(fā)內(nèi)部限流,占空比受限;
b.Vcc下降到IC關(guān)閉電壓;
c.開關(guān)動(dòng)作停止;
d.Vcc重新上升到IC啟動(dòng)電壓,而重新啟動(dòng)。
 
解決辦法:
1)減少電流脈沖數(shù),使輸出短路時(shí)觸發(fā)反饋腳的OCP,可以使開關(guān)動(dòng)作迅速停止工作,電流脈沖數(shù)將變少。這意味著短路發(fā)生時(shí),反饋腳的電壓應(yīng)該更快的上升。所以反饋腳的電容不可太大;
2)減小峰值電流。
 
8 空載,輕載輸出紋波過大
 
現(xiàn)象:
Vcc在空載或輕載時(shí)不足。
 
原因:
Vcc不足時(shí),在啟動(dòng)電壓(如12V)和關(guān)斷電壓(如8V)之間振蕩IC在周期較長(zhǎng)的間歇工作,短時(shí)間提供能量到輸出,接著停止工作較長(zhǎng)的時(shí)間,使得電容存儲(chǔ)的能量不足以維持輸出穩(wěn)定,輸出電壓將會(huì)下降。
 
解決方法:
保證任何負(fù)載條件下,Vcc能夠穩(wěn)定供給。
 
現(xiàn)象:
Burst Mode時(shí),間歇工作的頻率太低,此頻率太低,輸出電容的能量不能維持穩(wěn)定。
 
解決辦法:
在滿足待機(jī)功耗要求的條件下稍微提高間歇工作的頻率,增大輸出電容。
 
9 重載、容性負(fù)載不能啟動(dòng)
 
現(xiàn)象:
輕載能夠啟動(dòng),啟動(dòng)后也能夠加重載,但是重載或大容性負(fù)載情況下不能啟動(dòng)。
 
一般設(shè)計(jì)要求:
無論重載還是容性負(fù)載(如10000uF),輸入電壓最低還是最低,20mS內(nèi),輸出電壓必須上升到穩(wěn)定值。
 
原因及解決辦法(保證Vcc在正常工作范圍內(nèi)的前提下):
下面以容性負(fù)載C=10000uF為例進(jìn)行分析,
 
按規(guī)格要求,必須有足夠的能量使輸出在20mS內(nèi)上升到穩(wěn)定的輸出電壓(如5V)。
 
E=0.5*C*V^2
 
電容C越大,需要在20mS內(nèi)從輸入傳輸?shù)捷敵龅哪芰扛蟆?/div>
 
 
以芯片F(xiàn)SQ0170RNA為例如圖所示,陰影部分總面積S就是所需的能量。要增加面積S,辦法是:
 
1)增大峰值電流限流點(diǎn)I_limit,可允許流過更大電感電流Id:將與Pin4相接的電阻增大,從內(nèi)部電流源Ifb分流更小,使作為電流限制參考電壓的PWM比較器正輸入端的電壓將上升,即允許更大的電流通過MOSFET/變壓器,可以提供更大的能量。
 
2)啟動(dòng)時(shí),增加傳遞能量的時(shí)間,即延長(zhǎng)Vfb的上升時(shí)間(到達(dá)OCP保護(hù)點(diǎn)前)。
 
 
對(duì)這款FSQ0170RNA芯片,電感電流控制是以Vfb為參考電壓的,Vfb電壓的波形與電感電流的包絡(luò)成正比??刂芕fb的上升時(shí)間即可控制電感包絡(luò)的上升時(shí)間,即增加傳遞能量的時(shí)間。
 
IC的OCP功能是檢測(cè)Vfb達(dá)到Vsd(如6V)實(shí)現(xiàn)的。所以要降低Vfb斜率,就可以延長(zhǎng)Vfb的上升時(shí)間。
 
輸出電壓未達(dá)到正常值時(shí),如果反饋腳電壓Vfb已經(jīng)上升到保護(hù)點(diǎn),傳遞能量時(shí)間不夠。重載、容性負(fù)載啟動(dòng)時(shí),輸出電壓建立較慢,加到光耦電壓較低,通過光耦二極管的電流小,光耦光敏管高阻態(tài)(趨向關(guān)斷)的時(shí)間較長(zhǎng)。IC內(nèi)部電流源給與反饋腳相接的電容充電較快,如果Vfb在這段時(shí)間內(nèi)上升到保護(hù)點(diǎn)(如6V),MOSFET將關(guān)斷。輸出不能達(dá)到正常值,啟動(dòng)失敗。
 
解決辦法:
使輸出電壓達(dá)到正常值時(shí),反饋腳電壓Vfb仍然小于保護(hù)點(diǎn)。使Vfb遠(yuǎn)離保護(hù)點(diǎn)而緩慢上升,或延長(zhǎng)反饋腳Vfb上升到保護(hù)點(diǎn)的時(shí)間,即降低Vfb的上升斜率,使輸出有足夠的時(shí)間上升到正常值。
 
A.增大反饋電容(C9),可以將Vfb的上升斜率降低,如圖所示,由D線變成A線。但是反饋電容太大會(huì)影響正常工作狀態(tài),降低反饋速度,使輸出紋波變大。所以此電容不能變化太大。
 
B.由于A方法有不足,將一個(gè)電容(C7)串連穩(wěn)壓管(D6,3.3V)并聯(lián)到反饋腳。此法不會(huì)影響正常工作,如B線所示,當(dāng)Vfb<3.3V時(shí),穩(wěn)壓管不會(huì)導(dǎo)通,分流。上升3.3V時(shí),穩(wěn)壓管進(jìn)入穩(wěn)壓狀態(tài),電容C7開始充電分流,減小后續(xù)Vfb的上升斜率。C。在431的K-A端并聯(lián)一個(gè)電容(C11),電源啟動(dòng)時(shí),C11電壓較低,并由光耦二極管和431的偏置電阻R10進(jìn)行充電。這樣光耦就有較大電流通過,使光耦光敏管阻抗較低而分流,Vfb將緩慢上升,如C線所示。R10×C11影響充電時(shí)間,也就影響輸出的上升時(shí)間。
 
注意點(diǎn):
1)增加反饋腳電容(包括穩(wěn)壓管串電容),對(duì)解決超大容性負(fù)載問題作用較?。?/div>
2)增大峰值電流限流點(diǎn)I_limit,同時(shí)也增加了穩(wěn)態(tài)下的OCP點(diǎn)。需要在容性負(fù)載,輸入最低情況下檢查變壓器是否會(huì)飽和;
3)如果要保持限流點(diǎn),須使R10×C11更大,但在超大容性負(fù)載(10000uF)情況下,可能會(huì)增加5Vsb的上升時(shí)間超過20mS,此法需要檢查動(dòng)態(tài)響應(yīng)是否受太大影響;
4)431的偏置電阻R10太小,431并聯(lián)的C11要更大;
5)為了保證上升時(shí)間,增大OCP點(diǎn)和增大R10×C11方法可能要同時(shí)使用。
 
10 空載、輕載輸出反跳
 
現(xiàn)象:
在輸出空載或輕載時(shí),關(guān)閉輸入電壓,輸出(如5V)可能會(huì)出現(xiàn)如下圖所示的電壓反跳的波形。
 
 
原因:
輸入關(guān)掉時(shí),5V輸出將會(huì)下降,Vcc也跟著下降,IC停止工作,但是空載或輕載時(shí),巨大的PC電源大電容電壓并不能快速下降,仍然能夠給高壓?jiǎn)?dòng)腳提供較大的電流使得IC重新啟動(dòng),5V又重新輸出,反跳。
 
解決方法:
在啟動(dòng)腳串入較大的限流電阻,使得大電容電壓下降到仍然比較高的時(shí)候也不足以提供足夠的啟動(dòng)電流給IC。
 
將啟動(dòng)接到整流橋前,啟動(dòng)不受大電容電壓影響。輸入電壓關(guān)斷時(shí),啟動(dòng)腳電壓能夠迅速下降。
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