Импульсный источник питания - это источник питания, использующий современные технологии управления соотношением времени включения и выключения импульсного транзистора для поддержания стабильного выходного напряжения. Импульсный источник питания состоит из управляющего транзистора с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) (металлооксидный полуполевой транзистор). Направление развития современной технологии силовой электроники меняется от традиционной силовой электроники, которая в основном решает проблемы с помощью низкочастотной технологии, к современной силовой электронике, которая в основном решает проблемы с помощью высокочастотной технологии. В области применения технологии силовой электроники и различных систем электропитания технология импульсных источников питания занимает центральное место. Ниже приводится краткий анализ трудностей отладки импульсных источников питания для справки.
Какие трудности возникают при отладке импульсных источников питания? Ответы на восемь наиболее распространенных вопросов
Оглавление
1. Явление насыщения трансформатора
При запуске в условиях высокого или низкого входного напряжения (включая легкую и тяжелую нагрузку, емкостную нагрузку), короткого замыкания на выходе, динамической нагрузки, высокой температуры и т.д. ток через трансформатор (и коммутационную трубку) будет увеличиваться нелинейно. Когда это явление происходит, пиковое значение тока не может быть предсказано и контролируемо, что может привести к перенапряжению тока и, как следствие, к повреждению коммутационной трубки от перенапряжения.
Легко создать ситуацию насыщенности:
1) Индуктивность трансформатора слишком велика;
2) Слишком мало поворотов;
3) Точка насыщения трансформатора меньше точки ограничения максимального тока ИС;
4) Отсутствие плавного пуска.
Решение:
1) Уменьшите точку ограничения тока ИС;
2) Усилить плавный пуск, чтобы огибающая тока через трансформатор нарастала медленнее.
2. Слишком высокое значение Vds
Требования к напряжению для Vds:
В наихудших условиях (максимальное входное напряжение, максимальная нагрузка, максимальная температура окружающей среды, запуск питания или тест на короткое замыкание) максимальное значение Vds не должно превышать 90% от номинальных характеристик.
Способы снижения Vds:
1) Уменьшите напряжение на платформе: Уменьшите соотношение витков первичной и вторичной обмоток трансформатора;
2) Уменьшите пиковое напряжение:
a. Уменьшите индуктивность утечки.
Индуктивность утечки трансформатора накапливает энергию при включении коммутационной трубки, что является основной причиной возникновения пикового напряжения. Уменьшение индуктивности рассеяния может снизить пиковое напряжение;
b. Отрегулируйте контур поглощения:
① Используйте трубку TVS;
② Используйте более медленный диод, который сам может поглотить определенное количество энергии (всплеск);
③ Установка демпфирующего резистора может сделать форму волны более плавной и помочь уменьшить электромагнитные помехи.
3. Слишком высокая температура микросхемы
Причины и решения:
1) Внутренние потери MOSFET слишком велики:
Потери на переключение слишком велики, а паразитная емкость трансформатора слишком велика, что приводит к большой площади пересечения между током включения и выключения MOSFET и Vds. Решение: Увеличьте расстояние между обмотками трансформатора, чтобы уменьшить межслойную емкость. Как и при многослойной намотке обмоток, добавьте между слоями слой изоляционной ленты (межслойная изоляция).
2) Плохое рассеивание тепла:
Большая часть тепла микросхемы отводится на печатную плату и медную фольгу на ней через контакты. Площадь медной фольги должна быть увеличена настолько, насколько это возможно, и на нее должно быть нанесено больше припоя.
3) Температура воздуха вокруг микросхемы слишком высока:
Микросхема должна находиться в месте с ровным потоком воздуха и вдали от слишком горячих частей.
4. Невозможность запуска без нагрузки или с небольшой нагрузкой
Феномен:
Он не может запуститься без нагрузки или с небольшой нагрузкой, а напряжение Vcc постоянно скачет туда-сюда от напряжения запуска до напряжения выключения.
причина:
При холостом ходе или небольшой нагрузке наведенное напряжение на обмотке Vcc слишком мало, и она переходит в состояние повторного перезапуска.
Решение:
Увеличьте число витков обмотки Vcc, уменьшите токоограничивающий резистор Vcc и добавьте соответствующую фиктивную нагрузку. Если увеличить число витков обмотки Vcc и уменьшить токоограничивающий резистор Vcc, под большой нагрузкой Vcc станет слишком высоким. Обратитесь к методу стабилизации Vcc.
5. Невозможно перезагрузиться после запуска
Причины и решения:
1) Слишком высокое напряжение Vcc при большой нагрузке
При большой нагрузке напряжение на обмотке Vcc становится высоким, в результате чего Vcc становится слишком высоким и достигает точки OVP ИС, что приводит к срабатыванию защиты ИС от перенапряжения и отсутствию выхода. Если напряжение будет расти дальше и превысит способность ИС его выдержать, ИС будет повреждена.
2) Срабатывает внутреннее ограничение тока
a. Точка ограничения тока слишком низкая
При большой нагрузке или емкостной нагрузке, если точка ограничения тока слишком низкая, ток, протекающий через MOSFET, будет ограничен и недостаточен, что приведет к недостаточному выходу. Решение заключается в увеличении сопротивления токоограничивающего контакта и повышении точки ограничения тока.
b. Слишком большой наклон нарастания тока
Если крутизна нарастания слишком велика, пиковое значение тока будет больше, что легко приведет к срабатыванию внутренней токоограничивающей защиты. Решение заключается в увеличении индуктивности без насыщения трансформатора.
6. Высокая входная мощность в режиме ожидания
Феномен:
Напряжение Vcc недостаточно при отсутствии нагрузки или небольшой нагрузке. В такой ситуации входная мощность будет слишком высокой, а пульсации на выходе - слишком большими при отсутствии нагрузки или небольшой нагрузке.
причина:
Причина слишком высокой входной мощности заключается в том, что при недостаточном напряжении Vcc микросхема переходит в состояние повторного запуска и часто требует высокого напряжения для зарядки конденсатора Vcc, что приводит к потерям в цепи запуска. Если между выводом запуска и высоким напряжением последовательно включен резистор, потребляемая мощность резистора в это время будет больше, поэтому уровень мощности резистора запуска должен быть достаточным. ИС питания не перешла в режим Burst Mode или перешла, но частота Burst слишком высока, время переключения слишком велико, а потери при переключении слишком велики.
Решение:
Настройте параметры обратной связи, чтобы уменьшить скорость обратной связи.
7. Слишком большая мощность короткого замыкания
Феномен:
При коротком замыкании выхода входная мощность слишком велика, а Vds слишком высок.
причина:
При коротком замыкании на выходе возникает множество повторяющихся импульсов, и пиковое значение тока выключателя очень велико. Это приводит к тому, что входная мощность становится слишком большой, а ток переключателя накапливает слишком много энергии в индуктивности утечки, что приводит к высокому значению Vds при выключении переключателя. Существует две возможности прекращения работы переключателя при коротком замыкании выхода:
1) Срабатывание OCP может немедленно остановить переключение
a. Подайте сигнал OCP на контакт обратной связи;
b. Действие переключателя прекращается;
c.Vcc падает до напряжения отключения микросхемы;
d.Vcc снова поднимается до напряжения запуска ИМС и перезапускается.
2) Срабатывание внутреннего ограничения тока
Когда это происходит, доступный рабочий цикл ограничивается, и переключение прекращается, полагаясь на то, что Vcc упадет до нижнего предела UVLO. Однако время падения Vcc увеличивается, то есть переключение продолжается дольше, и потребляемая мощность будет больше.
a. Срабатывает внутреннее ограничение тока, рабочий цикл ограничен;
b.Напряжение Vcc падает до напряжения выключения микросхемы;
c. Действие переключателя прекращается;
d.Vcc снова поднимается до напряжения запуска ИМС и перезапускается.
8. Отскок выходного сигнала на холостом ходу и при небольшой нагрузке
Феномен:
Когда выход работает в режиме холостого хода или под небольшой нагрузкой, а входное напряжение отключено, на выходе (например, 5 В) может наблюдаться форма скачка напряжения, как показано на рисунке ниже.
причина:
Когда вход отключается, напряжение на выходе 5 В падает, Vcc также падает, и микросхема перестает работать. Однако при отсутствии нагрузки или небольшой нагрузке напряжение на огромном конденсаторе источника питания ПК не может быстро упасть, и он все еще может обеспечить большое напряжение на высоковольтном выводе запуска. Под действием тока ИС перезапускается, на выходе снова появляется напряжение 5 В и происходит скачок.
Решение:
Установите последовательно с выводом запуска больший токоограничивающий резистор, чтобы при падении напряжения на большом конденсаторе до относительно высокого уровня его не хватало для обеспечения достаточного тока запуска ИС. Подключите вывод запуска перед выпрямительным мостом, и напряжение большого конденсатора не будет влиять на запуск. Когда входное напряжение отключается, напряжение на выводе запуска может быстро упасть.
