L'alimentatore switching è un alimentatore che utilizza la moderna tecnologia di alimentazione per controllare il rapporto temporale di accensione e spegnimento del transistor di commutazione per mantenere una tensione di uscita stabile. L'alimentatore switching è composto da un controllo con modulazione dell'ampiezza degli impulsi (PWM) (transistor a semi-campo di ossido metallico). La direzione di sviluppo della moderna tecnologia dell'elettronica di potenza sta passando dall'elettronica di potenza tradizionale, che risolve principalmente i problemi con la tecnologia a bassa frequenza, all'elettronica di potenza moderna, che risolve principalmente i problemi con la tecnologia ad alta frequenza. Nell'applicazione della tecnologia dell'elettronica di potenza e dei vari sistemi di alimentazione, la tecnologia dell'alimentazione a commutazione è al centro. Di seguito viene riportata una breve analisi delle difficoltà di debug degli alimentatori a commutazione.
Quali sono le difficoltà nel debug degli alimentatori switching? Le risposte alle otto domande più comuni
Indice dei contenuti
1. Fenomeno della saturazione del trasformatore
All'avvio in condizioni di alta o bassa tensione in ingresso (compresi carico leggero, carico pesante, carico capacitivo), cortocircuito in uscita, carico dinamico, temperatura elevata, ecc. la corrente attraverso il trasformatore (e il tubo di commutazione) aumenterà in modo non lineare. Quando si verifica questo fenomeno, il valore di picco della corrente non può essere previsto e controllato, il che può portare a un sovraccarico di corrente e al conseguente danneggiamento del tubo di commutazione per sovratensione.
È facile produrre situazioni di saturazione:
1) L'induttanza del trasformatore è troppo grande;
2) Troppo pochi giri;
3) Il punto di corrente di saturazione del trasformatore è inferiore al punto limite di corrente massima del circuito integrato;
4) Nessun avvio graduale.
Soluzione:
1) Ridurre il punto limite di corrente del circuito integrato;
2) Rafforzare l'avviamento graduale per far salire più lentamente l'inviluppo di corrente attraverso il trasformatore.
2. Vds è troppo alto
Requisiti di stress per Vds:
Nelle condizioni più sfavorevoli (massima tensione di ingresso, massimo carico, massima temperatura ambiente, avvio dell'alimentazione o test di cortocircuito), il valore massimo di Vds non deve superare i 90% delle specifiche nominali.
Modi per ridurre la Vds:
1) Ridurre la tensione di piattaforma: Ridurre il rapporto tra le spire primarie e secondarie del trasformatore;
2) Ridurre la tensione di picco:
a. Ridurre l'induttanza di dispersione.
L'induttanza di dispersione del trasformatore immagazzina energia quando il tubo di commutazione è acceso, il che è la ragione principale della generazione di questa tensione di picco. Riducendo l'induttanza di dispersione si può ridurre il picco di tensione;
b. Regolare il circuito di assorbimento:
① Utilizzare un tubo TVS;
② Utilizzare un diodo più lento, in grado di assorbire una certa quantità di energia (picco);
③ L'inserimento di una resistenza di smorzamento può rendere più fluida la forma d'onda e contribuire a ridurre le EMI.
3. La temperatura del circuito integrato è troppo alta
Cause e soluzioni:
1) La perdita interna del MOSFET è troppo elevata:
La perdita di commutazione è troppo elevata e la capacità parassita del trasformatore è troppo grande, con il risultato di un'ampia area trasversale tra la corrente di accensione e spegnimento del MOSFET e la Vds. Soluzione: Aumentare la distanza tra gli avvolgimenti del trasformatore per ridurre la capacità interstrato. Come quando gli avvolgimenti sono avvolti in più strati, aggiungere uno strato di nastro isolante (isolamento interstrato) tra gli strati.
2) Scarsa dissipazione del calore:
Gran parte del calore del circuito integrato viene convogliato sulla scheda e sul foglio di rame attraverso i pin. L'area del foglio di rame deve essere aumentata il più possibile e si deve applicare una maggiore quantità di saldatura.
3) La temperatura dell'aria intorno al CI è troppo alta:
Il circuito integrato deve essere collocato in un luogo con un flusso d'aria regolare e deve essere tenuto lontano da parti troppo calde.
4. Impossibile avviarsi in assenza di carico o con un carico leggero
Fenomeno:
Non riesce ad avviarsi a vuoto o con un carico leggero e Vcc salta ripetutamente avanti e indietro dalla tensione di avvio a quella di spegnimento.
motivo:
A vuoto o a carico ridotto, la tensione indotta dell'avvolgimento Vcc è troppo bassa ed entra in uno stato di riavvio ripetuto.
Soluzione:
Aumentare il numero di spire dell'avvolgimento Vcc, ridurre la resistenza di limitazione della corrente Vcc e aggiungere un carico fittizio. Se si aumenta il numero di spire dell'avvolgimento Vcc e si riduce la resistenza di limitazione della corrente Vcc, Vcc diventa troppo alta sotto carico pesante. Fare riferimento al metodo di stabilizzazione di Vcc.
5. Impossibile ricaricare dopo l'avvio
Cause e soluzioni:
1)Vcc è troppo alto durante il carico pesante
In presenza di un carico pesante, la tensione indotta dall'avvolgimento Vcc è elevata, causando l'aumento eccessivo di Vcc e il raggiungimento del punto OVP del circuito integrato, che farà scattare la protezione da sovratensione del circuito integrato, causando l'assenza di uscita. Se la tensione aumenta ulteriormente e supera la capacità di resistenza del circuito integrato, quest'ultimo si danneggia.
2) Viene attivato il limite di corrente interno
a. Il punto limite di corrente è troppo basso
In presenza di un carico pesante o di un carico capacitivo, se il punto di limitazione della corrente è troppo basso, la corrente che scorre attraverso il MOSFET sarà limitata e insufficiente, con conseguente uscita insufficiente. La soluzione è aumentare la resistenza del pin di limitazione della corrente e aumentare il punto di limitazione della corrente.
b. La pendenza di salita della corrente è troppo elevata
Se la pendenza di salita è troppo elevata, il valore di picco della corrente sarà maggiore, il che farà facilmente scattare la protezione interna di limitazione della corrente. La soluzione è aumentare l'induttanza senza saturare il trasformatore.
6. Elevata potenza di ingresso in standby
Fenomeno:
Vcc è insufficiente a vuoto o a carico ridotto. Questa situazione causerà una potenza di ingresso troppo elevata e un'ondulazione di uscita troppo grande a vuoto o a carico leggero.
motivo:
Il motivo per cui la potenza di ingresso è troppo alta è che quando Vcc è insufficiente, il circuito integrato entra in uno stato di avvio ripetuto e richiede spesso una tensione elevata per caricare il condensatore Vcc, causando perdite nel circuito di avvio. Se c'è un resistore in serie tra il pin di avvio e l'alta tensione, il consumo di energia sul resistore sarà maggiore in questo momento, quindi il livello di potenza del resistore di avvio deve essere sufficiente. Il circuito integrato di potenza non è entrato in modalità Burst oppure è entrato in modalità Burst, ma la frequenza di Burst è troppo alta, i tempi di commutazione sono troppo lunghi e la perdita di commutazione è troppo elevata.
Soluzione:
Regolare i parametri di retroazione per ridurre la velocità di retroazione.
7. La potenza di cortocircuito è eccessiva
Fenomeno:
Quando l'uscita è in cortocircuito, la potenza di ingresso è eccessiva e Vds è troppo alta.
motivo:
Quando l'uscita è in cortocircuito, si verificano molti impulsi ripetitivi e il valore di picco della corrente di commutazione è molto elevato. Questo fa sì che la potenza in ingresso sia eccessiva e che la corrente di commutazione accumuli troppa energia nell'induttanza di dispersione, causando un valore elevato di Vds quando l'interruttore è spento. Esistono due possibilità perché l'interruttore smetta di funzionare quando l'uscita è in cortocircuito:
1) L'attivazione dell'OCP può interrompere immediatamente l'azione di commutazione.
a. Attivare l'OCP del pin di retroazione;
b. L'azione dell'interruttore si arresta;
c.Vcc scende alla tensione di spegnimento del circuito integrato;
d.Vcc sale nuovamente alla tensione di avvio del circuito integrato e si riavvia.
2) Attivazione del limite di corrente interno
In questo caso, il ciclo di lavoro disponibile è limitato e l'azione di commutazione viene interrotta facendo affidamento sulla caduta di Vcc al limite inferiore dell'UVLO. Tuttavia, il tempo di caduta di Vcc è più lungo, cioè l'azione di commutazione viene mantenuta per un tempo più lungo e la potenza in ingresso sarà maggiore.
a. Attivazione del limite di corrente interno, il ciclo di lavoro è limitato;
b.Vcc scende alla tensione di spegnimento del circuito integrato;
c. L'azione dell'interruttore si interrompe;
d.Vcc sale nuovamente alla tensione di avvio del circuito integrato e si riavvia.
8. Rimbalzo di uscita a vuoto e a carico leggero
Fenomeno:
Quando l'uscita è a vuoto o sotto carico e la tensione di ingresso è disattivata, l'uscita (ad esempio 5 V) può presentare una forma d'onda di rimbalzo della tensione come mostrato nella figura seguente.
motivo:
Quando l'ingresso viene spento, l'uscita a 5 V si abbassa e anche Vcc si abbassa e il circuito integrato smette di funzionare. Tuttavia, in assenza di carico o con un carico leggero, la tensione dell'enorme condensatore di alimentazione del PC non può scendere rapidamente e può ancora fornire una tensione elevata al pin di avvio ad alta tensione. La corrente provoca il riavvio del circuito integrato, l'uscita di 5 V e il rimbalzo.
Soluzione:
Inserire una resistenza di limitazione della corrente più grande in serie al pin di avvio, in modo che quando la tensione del condensatore grande scende a un livello relativamente alto, non sia sufficiente a fornire una corrente di avvio sufficiente al circuito integrato. Collegando lo startup prima del ponte raddrizzatore, lo startup non sarà influenzato dalla tensione del condensatore grande. Quando la tensione di ingresso viene disattivata, la tensione del pin di avvio può scendere rapidamente.
