스위칭 전원 공급 장치는 최신 전력 기술을 사용하여 스위칭 트랜지스터의 켜기 및 끄기 시간 비율을 제어하여 안정적인 출력 전압을 유지하는 전원 공급 장치입니다. 스위칭 전원 공급 장치는 펄스 폭 변조(PWM) 제어(금속 산화물 반전계 효과 트랜지스터)로 구성됩니다. 현대 전력 전자 기술의 발전 방향은 주로 저주파 기술 문제를 해결하는 전통적인 전력 전자에서 주로 고주파 기술 문제를 해결하는 현대 전력 전자로 변화하고 있습니다. 전력 전자 기술 및 다양한 전원 공급 시스템의 적용에서 스위칭 전원 공급 기술은 핵심입니다. 다음은 스위칭 전원 공급 장치 디버깅의 어려움에 대한 간략한 분석입니다.
스위칭 전원 공급 장치 디버깅의 어려움은 무엇인가요? 가장 일반적인 8가지 질문에 대한 답변
목차
1. 변압기 포화 현상
고전압 또는 저전압 입력(경부하, 과부하, 용량성 부하 포함), 출력 단락, 동적 부하, 고온 등에서 시동을 걸면 변압기(및 스위치 튜브)를 통과하는 전류가 비선형적으로 증가합니다. 이 현상이 발생하면 전류의 피크 값을 예측 및 제어할 수 없어 전류 과부하 및 이로 인한 스위칭 튜브의 과전압 손상을 초래할 수 있습니다.
포화 상황을 쉽게 만들 수 있습니다:
1) 변압기의 인덕턴스가 너무 큽니다;
2) 회전 수가 너무 적습니다;
3) 변압기의 포화 전류 지점이 IC의 최대 전류 제한 지점보다 작습니다;
4) 소프트 스타트 없음.
솔루션:
1) IC의 전류 제한 지점을 줄입니다;
2) 소프트 스타트를 강화하여 변압기를 통과하는 전류 엔벨로프가 더 천천히 상승하도록 합니다.
2. Vds가 너무 높음
Vds에 대한 스트레스 요구 사항:
최악의 조건(최고 입력 전압, 최대 부하, 최고 주변 온도, 전원 시동 또는 단락 테스트)에서 Vds의 최대값은 정격 사양의 90%를 초과하지 않아야 합니다.
Vds를 줄이는 방법
1) 플랫폼 전압을 낮춥니다: 변압기의 1차측 및 2차측 턴 비율을 줄입니다;
2) 피크 전압을 줄입니다:
a. 누설 인덕턴스를 줄입니다.
변압기의 누설 인덕턴스는 스위치 튜브가 켜질 때 에너지를 저장하는데, 이것이 이 피크 전압을 발생시키는 주된 이유입니다. 누설 인덕턴스를 줄이면 피크 전압을 줄일 수 있습니다;
b. 흡수 회로를 조정합니다:
TVS 튜브를 사용합니다;
자체적으로 일정량의 에너지(스파이크)를 흡수할 수 있는 느린 다이오드를 사용하세요;
감쇠 저항을 삽입하면 파형을 더 부드럽게 만들어 EMI를 줄일 수 있습니다.
3. IC 온도가 너무 높습니다.
원인 및 해결 방법
1) 내부 MOSFET 손실이 너무 큽니다:
스위칭 손실이 너무 크고 트랜스포머의 기생 커패시턴스가 너무 커서 MOSFET의 턴온 및 턴오프 전류와 Vds 사이의 교차 면적이 큽니다. 해결 방법 변압기 권선 사이의 거리를 늘려 층간 커패시턴스를 줄입니다. 권선을 여러 층으로 감을 때와 마찬가지로 층 사이에 절연 테이프(층간 절연) 층을 추가합니다.
2) 열 방출 불량:
IC의 열은 대부분 핀을 통해 PCB와 그 위에 있는 동박으로 전달됩니다. 동박의 면적을 최대한 넓히고 땜납을 더 많이 도포해야 합니다.
3) IC 주변의 공기 온도가 너무 높습니다:
IC는 공기의 흐름이 원활한 곳에 있어야 하며 너무 뜨거운 부품에서 멀리 떨어진 곳에 보관해야 합니다.
4. 무부하 또는 경부하 상태에서 시작할 수 없음
현상:
무부하 또는 경부하에서는 시동할 수 없으며, Vcc는 시동 전압과 셧다운 전압 사이에서 반복적으로 점프합니다.
이유:
무부하 또는 경부하에서 Vcc 권선의 유도 전압이 너무 낮아 반복적인 재시작 상태에 들어갑니다.
솔루션:
Vcc 권선 회전 수를 늘리고, Vcc 전류 제한 저항을 줄이고, 더미 부하를 적절히 추가합니다. Vcc 권선 회전 수를 늘리고 Vcc 전류 제한 저항을 줄이면 과부하 시 Vcc가 너무 높아집니다. Vcc 안정화 방법을 참조하세요.
5. 시작 후 다시 로드할 수 없음
원인 및 해결 방법
1) 과부하 시 Vcc가 너무 높음
과부하 상태에서는 Vcc 권선 유도 전압이 높아져 Vcc가 너무 높아져 IC의 OVP 지점에 도달하면 IC의 과전압 보호가 트리거되어 출력이 발생하지 않습니다. 전압이 더 상승하여 IC의 견딜 수 있는 능력을 초과하면 IC가 손상됩니다.
2) 내부 전류 제한이 트리거됩니다.
a. 현재 제한 지점이 너무 낮습니다.
과부하 또는 정전 용량 부하에서 전류 제한점이 너무 낮으면 MOSFET에 흐르는 전류가 제한되어 불충분한 출력을 초래합니다. 해결책은 전류 제한 핀 저항을 높이고 전류 제한 지점을 높이는 것입니다.
b. 현재 상승 기울기가 너무 큽니다.
상승 기울기가 너무 크면 전류의 피크 값이 커져 내부 전류 제한 보호 기능을 쉽게 트리거할 수 있습니다. 해결책은 변압기를 포화시키지 않고 인덕턴스를 높이는 것입니다.
6. 높은 대기 입력 전력
현상:
무부하 또는 경부하에서 Vcc가 부족합니다. 이 경우 무부하 또는 경부하에서 입력 전력이 너무 높고 출력 리플이 너무 커집니다.
이유:
입력 전력이 너무 높은 이유는 Vcc가 부족하면 IC가 반복적으로 시동 상태에 들어가며 Vcc 커패시터를 충전하기 위해 고전압이 자주 필요하여 시동 회로에서 손실이 발생하기 때문입니다. 스타트업 핀과 고전압 사이에 직렬로 저항이 있는 경우 이때 저항의 전력 소비가 더 커지므로 스타트업 저항의 전력 레벨이 충분해야 합니다. 전원 IC가 버스트 모드에 들어가지 않았거나 버스트 모드에 들어갔지만 버스트 주파수가 너무 높고 스위칭 시간이 너무 많으며 스위칭 손실이 너무 큽니다.
솔루션:
피드백 속도를 줄이려면 피드백 매개변수를 조정합니다.
7. 단락 전력이 너무 큼
현상:
출력이 단락되면 입력 전력이 너무 크고 Vds가 너무 높습니다.
이유:
출력이 단락되면 반복적인 펄스가 많이 발생하고 스위치 전류의 피크 값이 매우 커집니다. 이로 인해 입력 전력이 너무 커지고 스위치 전류가 누설 인덕턴스에 너무 많은 에너지를 저장하여 스위치가 꺼졌을 때 Vds가 높아집니다. 출력이 단락될 때 스위치가 작동을 멈추는 데는 두 가지 가능성이 있습니다:
1) OCP를 트리거하면 스위칭 동작을 즉시 중지할 수 있습니다.
a. 피드백 핀의 OCP를 트리거합니다;
b. 스위치 동작이 중지됩니다;
c.Vcc가 IC 셧다운 전압으로 떨어집니다;
d.Vcc가 다시 IC 시동 전압으로 상승하고 다시 시작됩니다.
2) 내부 전류 제한 트리거
이 경우 사용 가능한 듀티 사이클이 제한되고 스위칭 동작이 Vcc에 의존하여 UVLO 하한으로 떨어지면서 중지됩니다. 그러나 Vcc 강하 시간이 길어지므로 스위칭 동작이 더 오랫동안 유지되고 입력 전력이 더 커집니다.
a. 내부 전류 제한을 트리거하면 듀티 사이클이 제한됩니다;
b.Vcc가 IC 셧다운 전압으로 떨어집니다;
c. 스위치 동작이 중지됩니다;
d.Vcc가 다시 IC 시동 전압으로 상승하고 다시 시작됩니다.
8. 무부하 및 경부하 출력 리바운드
현상:
출력이 무부하 또는 경부하 상태이고 입력 전압이 꺼진 경우 출력(예: 5V)은 아래 그림과 같이 전압 바운스 파형을 가질 수 있습니다.
이유:
입력이 꺼지면 5V 출력이 떨어지고 Vcc도 떨어지며 IC가 작동을 멈춥니다. 그러나 부하가 없거나 부하가 적을 때는 거대한 PC 전원 공급 장치 커패시터의 전압이 빠르게 떨어지지 않고 고전압 시동 핀에 여전히 큰 전압을 공급할 수 있습니다. 전류로 인해 IC가 재시작되고 5V가 다시 출력되어 바운스됩니다.
솔루션:
스타트업 핀과 직렬로 더 큰 전류 제한 저항을 삽입하여 대형 커패시터의 전압이 상대적으로 높은 수준으로 떨어질 때 IC에 충분한 스타트업 전류를 공급하기에 충분하지 않도록 합니다. 정류기 브리지 전에 시동을 연결하면 시동이 대형 커패시터 전압의 영향을 받지 않습니다. 입력 전압이 꺼지면 스타트업 핀 전압이 급격히 떨어질 수 있습니다.
