开关电源-原边反馈技术(绝对实用)演示幻灯片.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,电源高级：原边反馈技术,V1.1,2025/1/5 周日,1,概要,PSR,简介,PSR,的输出检测方法,PSR,特有的问题,2025/1/5 周日,2,原边反馈（,PSR,）简介,在小功率消费类电子应用中，反激式电源是主流，因为反激式电源非常适合小功率段，同时天然提供了隔离的效果。,隔离后，如果要检测输出的情况，需要用隔离元件，比如光耦等，这样就增加了电源的成本，光耦本身的寿命也会成为电源的瓶颈，基于此，开发出了原边反馈技术。,原边反馈不从输出直接采样，而是从初级线圈采样，通过初级线圈的情况来计算次级线圈的情况，进一步推算输出的情况。,部分信息难以从初级线圈直接得到，因此通常还使用一个辅助线圈，辅助线圈和初级线圈共地，和次级隔离。,.,.,.,初级线圈,次级线圈,辅助线圈,2025/1/5 周日,3,辅助线圈的用途,增加辅助线圈会增加成本和复杂度，因此，最好能让辅助线圈完成更多的工作，一般辅助线圈都同时做,2,件事情：,反映初级线圈和次级线圈的情况，辅助线圈通过电阻分压，将原边和副边的电压情况反映在,V,SES,点，此时辅助线圈和原边,/,副边构成变压器。,和初级线圈形成一个反激结构，给,IC,供电，由于反激结构本身无法恒压，因此要加一个限压的二极管。,供电结构只是一个附带的功能，很多时候是没有的，,IC,由其他电路供电。,IC,.,.,.,V,SES,VCC,2025/1/5 周日,4,不使用辅助线圈是否可行,如果不要求辅助线圈供电，那么是否可以用其他检测方法，比如在初级线圈上检测来做原边反馈？,理论上是可行的，思路如下：,在初级线圈上并联一个高阻支路，对初级线圈进行采样，同时提供,TOFF,期间初级线圈的回路。,考虑到检测电压必须为正，因此有两种基本形式，如下图：,.,.,.,.,V,SES_ON,V,SES_OFF,V,SES_OFF,全周期检测,MOS,关闭期间检测,2025/1/5 周日,5,检查输出信息的方法,原边反馈不能得到所有的输出信息，但可以得到较多的输出信息。,不能得到输出电流信息，但可以得到初级的电流信息。,不能直接得到输出电压信息，可以通过辅助绕组来得到输出电压信息。,.,.,.,I,L,I,SES,G,V,D,V,SES,I,D,I,D,I,SES,I,L,V,D,G,V,SES,2025/1/5 周日,6,可检测性,电感两端电压太高，检测,I,L,和,V,D,很困难，通过,I,SES,和,V,SES,检测；,考虑到隔离要求，次级电流和输出电压不能直接检测，只能通过其他值计算出来。,2025/1/5 周日,7,概要,PSR,简介,PSR,的输出检测方法,PSR,特有的问题,2025/1/5 周日,8,PSR,输出电压计算,MOS,管关断后，变压器中储存的能量都由次级和辅助线圈释放出来，次级线圈和辅助线圈形成变压器，此时,V,SES,上的电压为：,V,D,和次级线圈的电流有关，电流越小，,V,D,越小，电流为,0,时，,V,D,为,0,。,因此，在去磁点时刻，,V,O,电压为：,.,.,.,V,SES,V,D,V,O,V,SND,去磁点时刻，次级线圈和辅助线圈电流为,0,，,VD,为,0,V,SES,2025/1/5 周日,9,膝电压的定义,当流过次级二极管的电流为,0,后，变压器退磁，此时,V,D,比,V,IN,高一个反射电压，初级电感和寄生电容形成的,LC,电路开始震荡，初级电感上的电压将从,V,D,-V,IN,开始，以正弦方式往下降。,这样，在,V,SES,上看到的电压将呈现出一个膝盖状，因此，将退磁点电压称为膝电压。,因为正弦起始点处的斜率为,-1,，膝电压就是电压斜率从负载消耗导致的斜率变化到,-1,的时刻的电压。,V,SES,膝电压,2025/1/5 周日,10,T,T,ON,T,OFF,T,DEAD,PSR,输出电流计算,MOS,管关断后，变压器中储存的能量都由次级和辅助线圈释放出来，此时次级的平均电流为：,I,SND_PK,无法直接测到，只能由,I,SES_PK,近似换算得到：,T,OFF,的测量也依赖于膝电压的时刻，但是需要的不是电压值，而是膝点的时刻。,.,.,.,I,SND_PK,I,PK_SES,I,OUT_AV,I,SES_PK,2025/1/5 周日,11,电流和电压检测的共同点,共同之处就是都需要检测到膝点。,对于电流来说，检测到膝点，然后根据膝点和开关管断开的时刻计算出,T,OFF,，加上,I,SES,的电流，就能算出平均输出电流。,对于电压来说，需要检测到膝点的电压，具体的方法就是检测到膝点，然后看当前时刻,V,SES,上的电压，从而根据匝比得出当前时刻的输出电压。,2025/1/5 周日,12,膝点检测算法,有,2,种检测方法，一种是从前往后检测，另一种就是从后往前检测。,从前往后检测，是通过延迟，或者是斜率转变的方法来找到膝点的时刻。,从后往前检测，是利用膝点后谐振频率固定的特点，从过零点反推膝点的位置。,延迟法,斜率法,谐振法,T/2,T/4,T,OFF,T,DEAD,2025/1/5 周日,13,各方法对比,延迟法，从,T,OFF,开始，延迟一段时间，检测,V,SES,。,这个方法可想而知是非常不精确的，因为,T,OFF,的时间变化很大。,检测斜率法，检测,V,SES,的斜率，通过波形分析算法找出膝点。,这个方法只有在,T,OFF,区间的斜率和,T,DEAD,区间的斜率存在明显差别时才管用，而且由于在,T,DEAD,区间，振荡是呈正弦曲线，膝点处不存在斜率转折，必须依靠某种算法来推算出膝点。,谐振反推法，膝点后，初级电感的谐振会传到辅助线圈，检测辅助线圈的过零点可以得知谐振频率，用过零点的时刻减掉,1/4,周期，就是膝点。,这个方法用于测时间恒流还是比较简单的，用于恒压时必须将电压的检测转变为时间的检测。,2025/1/5 周日,14,谐振反推法实现恒压,谐振后，检测次级线圈的过零点就能得知谐振周期，因此，当输出电压恰好等于参考电压时，,V,SES,和,V,REF,的交点到过零点的时间,T,FB,也应该恰好等于,1/4,谐振周期,T,R,。如果,T,FB,比,T,R,/4,大，说明输出电压较低，以至于,V,SES,和,V,REF,的交点提前了，反之，如果,T,FB,比,T,R,/4,小，说明输出电压较高，以至于,V,SES,和,V,REF,的交点推迟了。,VZC,表示过零点阈值，并不是,0V,，通常为一个非常小的电压，比如,0.125V,之类的,V,REF,V,ZC,T,R,/4,T,R,/2,T,R,/4,满载，和满载,-,空载两种极端情况。,真实情况下，并不是每次都是满载，但如果能支持满载,-,空载切换，必然可以支持其他切换。,空,-,满的切换会导致输出跌落，满,-,空的切换会导致输出过冲，要避免这两种情况，必须使用非线性控制，,IC,检测到热插拔后，立即调整控制策略。,热插,热拔,2025/1/5 周日,20,热拔,如果在,T,OFF,区间，也就是次级输出时热拔，相当于次级的负载阻抗突然升高，此时会有个小的电压突变，随后所有的能量会在电容上聚集，输出电压将升高。,如果在非,T,OFF,区间热拔，除了看不到小的电压突变，导致的最终结果和前面是没有区别的。,此处输出空载,此区间输出空载,2025/1/5 周日,21,假负载,如果不能保证每次都能检测到且能处理好热拔，就必须在输出上加上假负载或稳压管，让其能承担泄放工作。,假负载一般使用电阻，电阻值要小心选取，过大了泄放效果不好，过小又制造大功耗。,.,.,.,负载,假负载,.,.,.,负载,稳压管,2025/1/5 周日,22,热插和短路判断,热插时，负载突然变小，输出电压会跌落，电源需要输出更多的能量到次级，但是要区分热插和短路。,不光要区分热插和短路，在任何时候都需要判断是否短路。,短路时，,T,OFF,时间会变得很短，可以通过检查,T,OFF,开始到,V,SES,过零点的时间来判断，或者通过,T,OFF,区间的斜率来判断。,如果输出不在,T,OFF,期间发生短路，就得等到下一个,T,OFF,才能检测到，在短路后，输出电容会有很大的电流，这个大电流如果持续时间过长，导致电容温升，会对电容的寿命会有一定的影响，所以能尽早的检测,T,OFF,是很重要的。,假设需要一两个周期才能检测到短路，是否会对电容寿命产生不利影响，这个目前不清楚。,2025/1/5 周日,23,区分热插，短路，开机,这,3,者都表现为输出要吸收大量能量，但三者的处理方法却不能相同。,热插需要稳压，减少跌落的幅度和持续时间，短路需要识别到，并采取保护措施，而开机则需要控制输出平稳的增加。,这三者主要的区别有：,初始状态的不同，热插的初始状态为空载，短路的初始状态为任意，开机的初始状态为初始态。,对输出的影响不同，由于开机的初始态输出为,0,，开机后输出表现为增加，另外两者都表现为减少，所以热插和短路的区分更困难一些。,2025/1/5 周日,24,热插拔抖动,在人进行插拔的过程中，端子实际上是抖动着的，会进行快速的碰撞，也就是说，插拔的过程中会有大量的切换。,如果,IC,的检测控制处理不当，很可能会出问题。,出问题的原因在于空载时，切换频率已经降到非常低了，而满载时通常要求切换频率很高，芯片无法在这两种情况之间快速切换。,低频就意味着不可能快速的做某些事情。,2025/1/5 周日,25,