反激开关电源设计的几个难点

反激开关电源设计的几个实际问题PI公司高级应用工程师郭春明PresentationorFileNameConfidentialSlide#21）次级吸收电路的试验设计方法2）初级吸收电路的试验设计方法3）IC前沿消隐时间和关断延时对电源设计的影响4）关于变压器的几个问题5）控制环路中431的分析6）差模和共模干扰的传导路径目录PresentationorFileNameConfidentialSlide#3次级吸收电路的试验设计方法等效电路整流管不加RC，在合适的高压下测量D两端原始振荡频率。此设计中为33.3MHzPresentationorFileNameConfidentialSlide#4次级吸收电路的试验设计方法在整流管两端并联电容C，适当调整C的值，直到振荡频率为原来的一半，如图增加电容470pF，频率为16.7MHz,约为原来一半。此时C=3Cc，振荡的主体由LLCc转到LLC)(21CcCLLf+=πPresentationorFileNameConfidentialSlide#5次级吸收电路的试验设计方法选择Ω=≥2021fCRπ则振荡是阻尼的，此电路中选择R=33，可以看到振荡完全消除2CVPR≥R的功率PresentationorFileNameConfidentialSlide#6初级吸收电路的试验设计方法（所有测试在220V进行）D1用UF4005时的D-S电压波形PresentationorFileNameConfidentialSlide#7初级吸收电路的试验设计方法C1的电压和D1的电流C1的最大电压为225VVds和D1的电流PresentationorFileNameConfidentialSlide#8初级吸收电路的试验设计方法在最大过载点测量Vds,图中为575V输出短路时直接开机，测量Vds,图中为525VPresentationorFileNameConfidentialSlide#9初级吸收电路的试验设计方法D1用FR107时的D-S电压波形PresentationorFileNameConfidentialSlide#10初级吸收电路的试验设计方法C1的电压和D1的电流C1的最大电压为195VVds和D1的电流PresentationorFileNameConfidentialSlide#11初级吸收电路的试验设计方法在最大过载点测量Vds,图中为537.5V575V输出短路时直接开机，测点Vds,图中为483V525VPresentationorFileNameConfidentialSlide#12初级吸收电路的试验设计方法™在最高输入电压，最大过载点测试Vds的最大值，此值要小于MOS的额定电压值，并保留至少50V裕量以适应器件参数的变化™如果测试Vds的最大值远小于管子耐压，可以适当增加R1、减小C1来提高效率™如果测试Vds的最大值接近管子耐压，由于一般设计R1C1的时间常数远大于管子关断周期，减小R1对反压并没有实质性的影响，换用速度慢一些的整流管效果比较好，它可把更多的能量从嵌位电路抽走送到次级。™1N4007对反压的降低效果更明显，但如果功率10W，不建议用1N4007，因为反压太低会降低初次级电流的换流速度，其本身损耗也很大，降低效率。™综合考虑，快速管是最好的选择，如FR系列™如果由于结构原因漏感很大，TVS是最后的选择PresentationorFileNameConfidentialSlide#13IC前沿消隐和关断延迟对设计的影响（前沿消隐）前沿消隐关断延迟加R2、C2时会使开通尖峰加高、加宽，有可能提前触发限流点而不能带载PresentationorFileNameConfidentialSlide#14IC前沿消隐和关断延迟对设计的影响（关断延迟）前沿消隐关断延迟eANLIBludtdi*==设计的最大磁通密度过高，在高压时由于di很大，可能引起启动或负载动态时变压器饱和，电感量越小时越严重限流点PresentationorFileNameConfidentialSlide#15IC前沿消隐和关断延迟对设计的影响（IC最小占空比）短路电解电容的漏极电压电流波形。最小占空比由前沿消隐和关断延迟时间组成,如果此值太大，将不能有效保护MOSPresentationorFileNameConfidentialSlide#16IC前沿消隐和关断延迟对设计的影响黄色为C1电压，大约为290V，由于初级电流很大，有更多的能量冲入C1，D-S总电压也有可能过高蓝色为次级电流，此值很大如果在整流管前面短路，不要指望会保护你的电源PresentationorFileNameConfidentialSlide#17关于变压器的几个问题1.窗口面积只有很多路输出时才值得考虑，一般变压器设计无需考虑此项，因为开关频率高，匝数很少，如果为了这个参数非要增加层数，会引起很大的临近效应，增加了损耗，窗口面积是个线性电源设计中需要考虑的因素。2.最优设计是磁损＝铁损；初级损耗＝次级损耗影响反激变压器设计的因素很多，如管子耐压、漏感、交叉调整率。首先要满足这些指标，损耗平衡往往是不考虑或最好考虑的因素。3.漏感设计好变压器和其工艺后，漏感就确定了，它基本上不随初级电感量而变化，也不随磁心导磁率而变化，甚至有没有磁心也基本不会影响其大小。所以不要给变压器厂家漏感占电感量百分比的指标，而是给一个漏感的绝对值和相应的变化率，如30uH±20％。4.如果线经小于趋附深度，将基本没有高频损耗这是一个十分错误的概念，当这样做时次级需要很多层，临近效应十分严重，正确的做法是用相当粗的线尽量在一层饶下。5.层间绝缘和真空浸漆尽量在层间（如初级2层间加绝缘）加一层绝缘，防止高温时层间短路发生；真空浸漆会增加层间杂散电容，使电源效率降低，待机功耗增加。PresentationorFileNameConfidentialSlide#18控制环路中431的分析(1)CRsRsRCVoIoptob11+=CRsRVoIoptob11=电路有一个原点极点和一个零点跟上面比较少了一个零点，由于此零点频率低，通常在控制环之内，所以至少少了45度，电路可能不稳定，但这种用法大量使用而不会产生稳定问题PresentationorFileNameConfidentialSlide#19控制环路中431的分析(2)CRsRCRRsVoIoptob1)1(1++=电路有一个原点极点和一个零点CRsRCsRVoIoptob111+=电路仍有一个原点极点和一个零点，如果R1R，零点主要有R1C来决定，电路依然稳定PresentationorFileNameConfidentialSlide#20控制环路中431的分析(3))1(*1])(1[*)11(sRzCzCRsRCzRbRzsCsRVoIoptob++++=传递函数如下：Rb、Rz、Cz形成一个零点和一个极点，把零点放在交越频率处可提高45度相位，极点放在10倍交越频率处衰减高频增益和干扰增加的极点增加的零点PresentationorFileNameConfidentialSlide#21差模和共模干扰的传导路径1。差模主要是个电流现象是开关电流的快速变化在高压电解的ESR,ESL上形成的电压来驱动的2。共模主要是个电压现象是快速改变的电压通过寄生电容产生位移电流PresentationorFileNameConfidentialSlide#22动点动点静点静点静点差模和共模干扰的传导路径动点是能看到高压开关信号的点，动点的电位在一个开关周期内迅速改变静点只能看到很少的开关信号，静点的电位在一个周期内相对恒定Y电容必须跨接在初次级的静点PresentationorFileNameConfidentialSlide#23差模干扰的传导路径开关电流在ESR上形成电压，此电压推动L、N之间形成差模电流，X电容对此电流形成分流作用，差模电感增加了此回路的阻抗，减少了电流PresentationorFileNameConfidentialSlide#24共模干扰的传导路径PresentationorFileNameConfidentialSlide#25共模干扰的4个传导路径共模噪音可以简化成4个基本的流通路径A.初级到次级的耦合B.次级到初级的耦合C.从初级到地和从变压器到地的直接耦合D.从初级到交流输入端的直接耦合PresentationorFileNameConfidentialSlide#26共模干扰的传导路径之一初级到次级的耦合变压器初、次级的电容次级与地的电容驱动电压为漏极节点PresentationorFileNameConfidentialSlide#27共模干扰的传导路径之二次级到初级的耦合驱动电压为整流管节点变压器初、次级的电容次级与地的电容PresentationorFileNameConfidentialSlide#28共模干扰的传导路径之三初级直接耦合驱动电压为漏极节点初级到地的直接耦合初级到磁心，磁心到地的耦合PresentationorFileNameConfidentialSlide#29共模干扰的传导路径之四初级到交流输入端的耦合漏极直接耦合到输入端分布电流从次级通过Y电容回到初级没有Y电容时由于两个耦合电容不一样，共模电流会转变成差模PresentationorFileNameConfidentialSlide#30谢谢！