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开关电源调试:10个最常见的问题
发布时间:2022-4-18 5:33:17

1.变压器饱和


变压器饱和现象

当变压器(和开关管)在高电压或低电压输入(包括轻、重或电容性负载)、输出短路、动态负载或高温下接通时,通过变压器(和切换管)的电流非线性增长。当这种情况发生时,峰值电流值无法预测或调节,这可能导致电流过大,并因过电压而损坏开关管。


变压器饱和时的电流波形


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变压器饱和时的电流波形

它容易饱和:

1) 变压器的电感太大;

2) 圈数太少;

3) 变压器的饱和电流点小于IC的最大限流点;

4) 没有软启动。


解决方案:

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上升得更慢。


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当前信封



2.Vds过高

Vds的应力要求:

在最坏条件下(最高输入电压、最重负载、最差环境温度、通电或短路测试),Vds的最大值不应超过规定规格的90%。

降低Vds的方法:

1) 降低平台电压:降低变压器一次侧和二次侧的匝数比;

2) 降低尖峰电压:


1.降低漏感:

当开关接通时,变压器的漏电感储存能量,这是峰值电压的主要原因。峰值电压可以通过降低泄漏电感来降低。

2.调整吸收电路:

① 使用TVS管;

② 使用较慢的二极管,二极管本身可以吸收一定量的能量(尖峰);

③ 插入阻尼电阻器可以使波形更平滑,并有助于减少EMI。


3.集成电路温度过高

原因及解决方案:

1) 内部MOSFET损耗过大:

开关损耗过高,变压器的寄生电容过高,导致MOSFET的导通和关断电流与Vds之间存在巨大的交叉区域。解决方案:增加变压器绕组的距离以减少层间电容,或者如果绕组是多层缠绕的,则在层间增加一层绝缘带(层间绝缘)。

2) 散热不良:

将热量传递到PCB的引脚及其上的铜箔是IC热量的相当一部分。应使用更多的焊料,并应尽可能扩大铜箔的面积。

3) IC周围的空气温度过高:

IC应位于气流良好的地方,并应远离零件温度过高的零件。

4.空载,轻载不能启动


现象:

无负载,轻负载无法启动,Vcc从启动电压和关闭电压反复来回跳跃。


原因:

在空载和轻载条件下,Vcc绕组的感应电压过低,进入重复重启状态。


解决方案:

增加Vcc绕组匝数,降低Vcc限流电阻,并正确添加假负载。在增加Vcc绕组匝数和减小Vcc限流电阻器后,如果Vcc在重负载下变得过高,请参考稳定Vcc的程序。


5.启动后无法重新加载

原因及解决方案:

1) 重新加载时Vcc过高

当负载较重时,Vcc绕组的感应电压较高,当Vcc过高并达到IC的OVP点时,IC的过电压保护被触发,导致没有输出。如果电压增加到高于其所能承受的电压,则IC将被损坏。

2) 触发内部电流限制


1.限流点过低

如果在重负载和电容性负载下限流点过低,则通过MOSFET的电流受到限制而不足,导致输出不足。增加限流引脚电阻和限流点作为补救措施。


2.电流上升斜率过大

如果上升斜率过陡,电流的峰值将更高,内部限流保护将更容易触发。在不使变压器饱和的情况下增加电感是解决方案。


6.备用输入功率大

现象:

Vcc在无负载和轻负载时是不足的。这种情况会导致无负载和轻负载时输入功率过高,输出纹波过大。


原因:

输入功率过大的原因是,当Vcc不足时,IC进入重复启动的状态,这通常需要高电压来对Vcc电容器充电,导致启动电路丢失。如果电阻器串联连接在启动引脚和高压之间,此时电阻器的功耗会更高,因此启动电阻器的功率电平应该足够。

电源IC尚未进入突发模式或已进入,但突发频率过高,开关持续时间过长,开关损耗过高。

解决方案:

调整反馈参数以降低反馈速度。


7.短路功率过大

现象:

当输出短路时,输入功率过高,Vds过高。


原因:

输出短路时有许多重复脉冲,同时开关管电流的峰值非常大,导致输入功率过高,开关管电流在漏电感中存储了过多的能量,导致开关管关断时Vds过高。

当输出短路时,开关管可能会因以下两种原因之一而停止工作:

1) 以这种方式触发OCP可以使开关动作立即停止

1.触发反馈引脚的OCP;

2.开关动作停止;

3.Vcc下降到IC关断电压;

4.Vcc上升回到IC启动电压并重新启动。

2) 触发内部电流限制

当使用该方法时,可用的占空比受到限制,并且当Vcc达到UVLO的下限时,开关动作停止;然而,Vcc达到UVLO的下限所需的时间更长,因此开关动作维持更长的时间段,并且输入功率更高。


1.触发内部电流限制,占空比受到限制;

2.Vcc下降到IC关断电压;

3.开关动作停止;

4.Vcc上升回到IC启动电压并重新启动。


解决方案:

1) 减少电流脉冲的数量,以便在输出短路时激活反馈引脚的OCP,从而立即停止开关过程并减少电流脉冲数量。这意味着当发生短路时,反馈引脚上的电压应该上升得更快。因此,反馈引脚的电容应该保持在最小值。

2) 降低峰值电流。


8.空载,轻载输出纹波过大

现象:

无负载或轻负载时Vcc不足。

原因:

当Vcc不足时,振荡器IC以启动电压(如12V)和关闭电压(如8V)之间的长持续时间偶尔工作,在长时间停止之前向输出提供短时间的能量,导致存储的电容器放电。输出电压将下降,因为没有足够的能量来保持输出稳定。

解决方案:

可以保证在任何负载条件下都可以稳定地提供Vcc。


现象:

间歇操作的频率在突发模式下太低,并且输出电容器的能量不能在该频率下保持稳定。

解决方案:

在满足待机功耗要求的情况下,一定程度上提高间歇工作频率和输出电容。


9.过载和电容性负载无法启动

现象:

它可以从轻负载开始,一旦开始就可以从重负载开始,但不能从重负载或大电容负载开始。


一般设计要求:

无论输入电压是最低还是最低(如10000uF),输出电压都必须在20mS内上升到稳定值。

原因和解决方案(如果Vcc在其典型操作范围内):

电容性负载C=10000uF被用作以下分析的示例。

根据规范,输出必须在20毫秒内上升到稳定的输出电压(例如5V)。

E=0.5*C*V^2

电容C越高,必须在不到20毫秒的时间内将更多的能量从输入传输到输出。


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芯片FSQ0170RNA

如图所示,芯片FSQ0170RNA的暗区的整个区域S是所需的能量。1) 提高峰值电流限制点I极限,这允许更大的电感器电流Id:增加连接到Pin4的电阻,来自内部电流源Ifb的分流器更小,并使用PWM比较器作为电流限制参考电压。正输入电压将上升,允许更多的电流通过MOSFET/变压器,增加可用的能量。

2) 增加首次启动时传输能量所需的时间,即延长Vfb上升时间(在达到OCP保护点之前)。


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延长Vfb的上升时间

该FSQ0170RNA芯片上的电感电流控制基于Vfb作为参考电压,Vfb电压的波形与电感电流包络成比例。控制Vfb的上升时间可以调节电感包络的上升时间,这增加了能量传输的时间。

IC的OCP功能是通过感测Vfb何时达到Vsd(例如6V)来实现的。因此,可以延长Vfb的上升时间以使Vfb斜率最小化。

当输出电压没有达到通常值并且反馈引脚电压Vfb已经达到保护点时,能量传递时间不足。当施加重负载或电容性负载时,输出电压缓慢上升,施加到光耦的电压较低,通过光耦二极管的电流较低,并且光耦光敏管长时间处于高电阻状态(倾向于关闭)。连接到反馈引脚的电容器被IC的内部电流源更快地充电。如果Vfb在此时间段内攀升到保护点(例如6V),则MOSFET将被关断。由于输出无法达到正常值,启动失败。


解决方案:

当输出电压达到正常值时,反馈引脚电压Vfb仍然小于保护点。使Vfb远离保护点,轻轻爬升,或减小Vfb的斜率,使输出有足够的时间上升到其正常值。

1.如图所示,增加反馈电容器(C9)会降低Vfb从D线到A线的上升斜率。然而,如果反馈电容器太大,会干扰正常工作条件,减缓反馈,并增加输出纹波。因此,电容不会波动太大。

2.由于方法a的不足,将电容器(C7)与电压调节管(D6,3.3V)串联,并与反馈引脚并联。当Vfb小心时:如B行所述,这种方法不会破坏正常工作。

1) 增加反馈引脚电容(包括电压调节器管串电容),这对非常大的电容性负载问题的影响最小;

2) 增加峰值电流极限点I极限,以及稳态下的OCP点。在电容负载和最小输入的条件下,必须检查变压器是否会饱和。

3) 如果你想保持当前的限制点,你应该增加R10C11;然而,在超电容性负载(10000uF)的情况下,5Vsb的上升时间可能会增加到20mS以上,因此应该检查这种方法,看看动态响应是否受到太大影响;

4) 431的偏置电阻器R10太小,并联的431的C11应该更大;

5) 为了保证上升时间,可以同时使用增加OCP点和增加R10×C11的方法。


10.空载、轻载输出反跳

现象:

当输出为空载或轻负载时,输入电压关闭,输出(如5V)可能会出现电压反弹波形,如下图所示。

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电压反弹波形

原因:

当输入关闭时,5V输出将减少,Vcc也将减少,IC将停止工作。然而,当没有负载或轻负载时,大型PC电源和大型电容器的电压不能快速下降,并且高压启动引脚仍然可以接收显著的电压。电流重新启动IC。并且5V再次被输出去抖动。

解决方案:

当巨大电容器的电压下降到仍然相当高的水平时,不足以向IC提供足够的启动电流。因此大的限流电阻器与启动引脚串联连接。

巨大的电容器电压在连接到整流桥之前对启动没有影响。当输入电压被关断时,起始引脚电压可能迅速下降。


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