開關(guān)電源-原邊反饋技術(shù)課件

電源高級(jí)：原邊反饋技術(shù)V1.129一月20241開關(guān)電源-原邊反饋技術(shù)概要★PSR簡介PSR的輸出檢測方法PSR特有的問題29一月20242開關(guān)電源-原邊反饋技術(shù)原邊反饋（PSR）簡介在小功率消費(fèi)類電子應(yīng)用中，反激式電源是主流，因?yàn)榉醇な诫娫捶浅＿m合小功率段，同時(shí)天然提供了隔離的效果。隔離后，如果要檢測輸出的情況，需要用隔離元件，比如光耦等，這樣就增加了電源的成本，光耦本身的壽命也會(huì)成為電源的瓶頸，基于此，開發(fā)出了原邊反饋技術(shù)。原邊反饋不從輸出直接采樣，而是從初級(jí)線圈采樣，通過初級(jí)線圈的情況來計(jì)算次級(jí)線圈的情況，進(jìn)一步推算輸出的情況。部分信息難以從初級(jí)線圈直接得到，因此通常還使用一個(gè)輔助線圈，輔助線圈和初級(jí)線圈共地，和次級(jí)隔離。...初級(jí)線圈次級(jí)線圈輔助線圈29一月20243開關(guān)電源-原邊反饋技術(shù)輔助線圈的用途增加輔助線圈會(huì)增加成本和復(fù)雜度，因此，最好能讓輔助線圈完成更多的工作，一般輔助線圈都同時(shí)做2件事情：反映初級(jí)線圈和次級(jí)線圈的情況，輔助線圈通過電阻分壓，將原邊和副邊的電壓情況反映在VSES點(diǎn)，此時(shí)輔助線圈和原邊/副邊構(gòu)成變壓器。和初級(jí)線圈形成一個(gè)反激結(jié)構(gòu)，給IC供電，由于反激結(jié)構(gòu)本身無法恒壓，因此要加一個(gè)限壓的二極管。供電結(jié)構(gòu)只是一個(gè)附帶的功能，很多時(shí)候是沒有的，IC由其他電路供電。IC...VSESVCC29一月20244開關(guān)電源-原邊反饋技術(shù)不使用輔助線圈是否可行如果不要求輔助線圈供電，那么是否可以用其他檢測方法，比如在初級(jí)線圈上檢測來做原邊反饋？理論上是可行的，思路如下：在初級(jí)線圈上并聯(lián)一個(gè)高阻支路，對(duì)初級(jí)線圈進(jìn)行采樣，同時(shí)提供TOFF期間初級(jí)線圈的回路?？紤]到檢測電壓必須為正，因此有兩種基本形式，如下圖：....VSES_ONVSES_OFFVSES_OFF全周期檢測MOS關(guān)閉期間檢測29一月20245開關(guān)電源-原邊反饋技術(shù)檢查輸出信息的方法原邊反饋不能得到所有的輸出信息，但可以得到較多的輸出信息。不能得到輸出電流信息，但可以得到初級(jí)的電流信息。不能直接得到輸出電壓信息，可以通過輔助繞組來得到輸出電壓信息。...ILISESGVDVSESIDIDISESILVDGVSES29一月20246開關(guān)電源-原邊反饋技術(shù)可檢測性電感兩端電壓太高，檢測IL和VD很困難，通過ISES和VSES檢測；考慮到隔離要求，次級(jí)電流和輸出電壓不能直接檢測，只能通過其他值計(jì)算出來。29一月20247開關(guān)電源-原邊反饋技術(shù)概要PSR簡介★PSR的輸出檢測方法PSR特有的問題29一月20248開關(guān)電源-原邊反饋技術(shù)PSR輸出電壓計(jì)算MOS管關(guān)斷后，變壓器中儲(chǔ)存的能量都由次級(jí)和輔助線圈釋放出來，次級(jí)線圈和輔助線圈形成變壓器，此時(shí)VSES上的電壓為：VD和次級(jí)線圈的電流有關(guān)，電流越小，VD越小，電流為0時(shí)，VD為0。因此，在去磁點(diǎn)時(shí)刻，VO電壓為：...VSESVDVOVSND去磁點(diǎn)時(shí)刻，次級(jí)線圈和輔助線圈電流為0，VD為0VSES29一月20249開關(guān)電源-原邊反饋技術(shù)膝電壓的定義當(dāng)流過次級(jí)二極管的電流為0后，變壓器退磁，此時(shí)VD比VIN高一個(gè)反射電壓，初級(jí)電感和寄生電容形成的LC電路開始震蕩，初級(jí)電感上的電壓將從VD-VIN開始，以正弦方式往下降。這樣，在VSES上看到的電壓將呈現(xiàn)出一個(gè)膝蓋狀，因此，將退磁點(diǎn)電壓稱為膝電壓。因?yàn)檎移鹗键c(diǎn)處的斜率為-1，膝電壓就是電壓斜率從負(fù)載消耗導(dǎo)致的斜率變化到-1的時(shí)刻的電壓。VSES膝電壓29一月202410開關(guān)電源-原邊反饋技術(shù)TTONTOFFTDEADPSR輸出電流計(jì)算MOS管關(guān)斷后，變壓器中儲(chǔ)存的能量都由次級(jí)和輔助線圈釋放出來，此時(shí)次級(jí)的平均電流為：ISND_PK無法直接測到，只能由ISES_PK近似換算得到：TOFF的測量也依賴于膝電壓的時(shí)刻，但是需要的不是電壓值，而是膝點(diǎn)的時(shí)刻。...ISND_PKIPK_SESIOUT_AVISES_PK29一月202411開關(guān)電源-原邊反饋技術(shù)電流和電壓檢測的共同點(diǎn)共同之處就是都需要檢測到膝點(diǎn)。對(duì)于電流來說，檢測到膝點(diǎn)，然后根據(jù)膝點(diǎn)和開關(guān)管斷開的時(shí)刻計(jì)算出TOFF，加上ISES的電流，就能算出平均輸出電流。對(duì)于電壓來說，需要檢測到膝點(diǎn)的電壓，具體的方法就是檢測到膝點(diǎn)，然后看當(dāng)前時(shí)刻VSES上的電壓，從而根據(jù)匝比得出當(dāng)前時(shí)刻的輸出電壓。29一月202412開關(guān)電源-原邊反饋技術(shù)膝點(diǎn)檢測算法有2種檢測方法，一種是從前往后檢測，另一種就是從后往前檢測。從前往后檢測，是通過延遲，或者是斜率轉(zhuǎn)變的方法來找到膝點(diǎn)的時(shí)刻。從后往前檢測，是利用膝點(diǎn)后諧振頻率固定的特點(diǎn)，從過零點(diǎn)反推膝點(diǎn)的位置。延遲法斜率法諧振法T/2T/4TOFFTDEAD29一月202413開關(guān)電源-原邊反饋技術(shù)各方法對(duì)比延遲法，從TOFF開始，延遲一段時(shí)間，檢測VSES。這個(gè)方法可想而知是非常不精確的，因?yàn)門OFF的時(shí)間變化很大。檢測斜率法，檢測VSES的斜率，通過波形分析算法找出膝點(diǎn)。這個(gè)方法只有在TOFF區(qū)間的斜率和TDEAD區(qū)間的斜率存在明顯差別時(shí)才管用，而且由于在TDEAD區(qū)間，振蕩是呈正弦曲線，膝點(diǎn)處不存在斜率轉(zhuǎn)折，必須依靠某種算法來推算出膝點(diǎn)。諧振反推法，膝點(diǎn)后，初級(jí)電感的諧振會(huì)傳到輔助線圈，檢測輔助線圈的過零點(diǎn)可以得知諧振頻率，用過零點(diǎn)的時(shí)刻減掉1/4周期，就是膝點(diǎn)。這個(gè)方法用于測時(shí)間恒流還是比較簡單的，用于恒壓時(shí)必須將電壓的檢測轉(zhuǎn)變?yōu)闀r(shí)間的檢測。29一月202414開關(guān)電源-原邊反饋技術(shù)諧振反推法實(shí)現(xiàn)恒壓諧振后，檢測次級(jí)線圈的過零點(diǎn)就能得知諧振周期，因此，當(dāng)輸出電壓恰好等于參考電壓時(shí)，VSES和VREF的交點(diǎn)到過零點(diǎn)的時(shí)間TFB也應(yīng)該恰好等于1/4諧振周期TR。如果TFB比TR/4大，說明輸出電壓較低，以至于VSES和VREF的交點(diǎn)提前了，反之，如果TFB比TR/4小，說明輸出電壓較高，以至于VSES和VREF的交點(diǎn)推遲了。VZC表示過零點(diǎn)閾值，并不是0V，通常為一個(gè)非常小的電壓，比如0.125V之類的VREFVZCTR/4TR/2>TR/4<TR/429一月202415開關(guān)電源-原邊反饋技術(shù)斜率法和諧振反推法的對(duì)比注意到斜率法和諧振反推法是優(yōu)缺點(diǎn)互補(bǔ)的：如果TOFF和TDEAD期間的斜率差別越大，越適合用斜率法，如果TOFF和TDEAD期間的斜率差別越小，越適合用諧振反推法。實(shí)際上，TOFF期間的斜率通常很小，以至于噪聲對(duì)VSES和VREF交叉點(diǎn)的檢測有很大的影響，如果采用諧振反推法，必須有某種消除噪聲的方法。使用諧振反推法還要注意一點(diǎn)是，由于膝點(diǎn)前后斜率差別較大，TFB偏大和偏小時(shí)，誤差時(shí)間TERR=TR/4–TFB在大于0和小于0的時(shí)候具有完全不同的環(huán)路增益。斜率越低，輸出電壓變化導(dǎo)致的時(shí)間變化差距越大，環(huán)路增益越高，也就是說，當(dāng)輸出電壓小于基準(zhǔn)電壓時(shí)，環(huán)路增益高，當(dāng)輸出電壓大于基準(zhǔn)電壓時(shí)，環(huán)路增益低。29一月202416開關(guān)電源-原邊反饋技術(shù)將PSR技術(shù)用于非隔離拓?fù)渫ǔ碚f，非隔離拓?fù)淇梢灾苯訖z測輸出VO，沒必要使用復(fù)雜的PSR技術(shù)先檢測VSND，然后計(jì)算VO，但有一種情況例外：就是需要一個(gè)IC同時(shí)支持隔離和非隔離的時(shí)候。從市場的角度來說，隔離和非隔離都是需要的，如果用相同的技術(shù)來解決，無疑可以節(jié)省大量研發(fā)成本。...VSESVOVSNDIC..VSESVOVSNDIC.VSES_HVOVSNDICVSES_L29一月202417開關(guān)電源-原邊反饋技術(shù)概要PSR簡介PSR的輸出檢測方法★PSR特有的問題29一月202418開關(guān)電源-原邊反饋技術(shù)PSR固有的問題檢測的非實(shí)時(shí)性：每個(gè)切換周期，只有一次正確檢測輸出電壓的機(jī)會(huì)，不能像其他非隔離型拓?fù)湟粯涌梢噪S時(shí)隨地的檢測輸出，而且這個(gè)輸出電壓的檢測還依賴于變壓器的退磁，變壓器的退磁點(diǎn)未到來之前，輸出端發(fā)生的任何變化都無法被檢測。線纜壓降：能得到電壓只是電容兩端的電壓，而不是負(fù)載兩端的電壓，當(dāng)次級(jí)存在明顯的寄生電阻時(shí)，檢測到的電壓會(huì)明顯偏低。去磁點(diǎn)時(shí)，流過二極管的電流為0，電容兩端的電壓等于副邊的電壓，但是流過寄生電阻的電流不為0，負(fù)載上的電壓要小于檢測到的電壓。...負(fù)載去磁點(diǎn)時(shí)兩處電壓相等29一月202419開關(guān)電源-原邊反饋技術(shù)負(fù)載突變的問題檢測的非實(shí)時(shí)性主要體現(xiàn)在負(fù)載突變時(shí)，比如熱插拔。在充電器領(lǐng)域，熱插拔是必須支持的，在LED領(lǐng)域，熱插拔也是有必要支持的，很多規(guī)范都要求熱插拔。熱插拔包括空載->滿載，和滿載->空載兩種極端情況。真實(shí)情況下，并不是每次都是滿載，但如果能支持滿載-空載切換，必然可以支持其他切換?？?>滿的切換會(huì)導(dǎo)致輸出跌落，滿->空的切換會(huì)導(dǎo)致輸出過沖，要避免這兩種情況，必須使用非線性控制，IC檢測到熱插拔后，立即調(diào)整控制策略。熱插熱拔29一月202420開關(guān)電源-原邊反饋技術(shù)熱拔如果在TOFF區(qū)間，也就是次級(jí)輸出時(shí)熱拔，相當(dāng)于次級(jí)的負(fù)載阻抗突然升高，此時(shí)會(huì)有個(gè)小的電壓突變，隨后所有的能量會(huì)在電容上聚集，輸出電壓將升高。如果在非TOFF區(qū)間熱拔，除了看不到小的電壓突變，導(dǎo)致的最終結(jié)果和前面是沒有區(qū)別的。此處輸出空載此區(qū)間輸出空載29一月202421開關(guān)電源-原邊反饋技術(shù)假負(fù)載如果不能保證每次都能檢測到且能處理好熱拔，就必須在輸出上加上假負(fù)載或穩(wěn)壓管，讓其能承擔(dān)泄放工作。假負(fù)載一般使用電阻，電阻值要小心選取，過大了泄放效果不好，過小又制造大功耗。...負(fù)載假負(fù)載...負(fù)載穩(wěn)壓管29一月202422開關(guān)電源-原邊反饋技術(shù)熱插和短路判斷熱插時(shí)，負(fù)載突然變小，輸出電壓會(huì)跌落，電源需要輸出更多的能量到次級(jí)，但是要區(qū)分熱插和短路。不光要區(qū)分熱插和短路，在任何時(shí)候都需要判斷是否短路。短路時(shí)，TOFF時(shí)間會(huì)變得很短，可以通過檢查TOFF開始到VSES過零點(diǎn)的時(shí)間來判斷，或者通過TOFF區(qū)間的斜率來判斷。如果輸出不在TOFF期間發(fā)生短路，就得等到下一個(gè)TOFF才能檢測到，在短路后，輸出電容會(huì)有很大的電流，這個(gè)大電流如果持續(xù)時(shí)間過長，導(dǎo)致電容溫升，會(huì)對(duì)電容的壽命會(huì)有一定的影響，所以能盡早的檢測TOFF是很重要的。假設(shè)需要一兩個(gè)周期才能檢測到短路，是否會(huì)對(duì)電容壽命產(chǎn)生不利影響，這個(gè)目前不清楚。29一月202423開關(guān)電源-原邊反饋技術(shù)區(qū)分熱插，短路，開機(jī)這3者都表現(xiàn)為輸出要吸收大量能量，但三者的處理方法卻不能相同。熱插需要穩(wěn)壓，減少跌落的幅度和持續(xù)時(shí)間，短路需要識(shí)別到，并采取保護(hù)措施，而開機(jī)則需要控制輸出平穩(wěn)的增加。這三者主要的區(qū)別有：初始狀態(tài)的不同，熱插的初始狀態(tài)為空載，短路的初始狀態(tài)為任意，開機(jī)的初始狀態(tài)為初始態(tài)。對(duì)輸出的影響不同，由于開機(jī)的初始態(tài)輸出為0，開機(jī)后輸出