FSR原边反馈反激式变换器及原理.ppt
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FSR原边反馈反激式变换器及原理.ppt
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2024/1/29,1,FSR原边反馈反激式变换器及原理,2024/1/29,2,PSR技术,1、PSR技术简介1.1传统的次级端反馈的缺点1.2PSR技术的优点1.3PSR的应用2、PSR技术的原理2.1flyback变换器的原理2.2如何在原边检测输出电压Vo和输出电流Io2.3PSR实现恒压和恒流的原理2.4PSR恒压功能和恒流功能之间如何实现切换3、PSR的关键技术问题,2024/1/29,3,1、PSR技术简介,采用传统次级端调节反激式转换器,1.1传统的次级端反馈的缺点,恒流控制,恒压控制,2024/1/29,4,采用传统次级端调节反激式转换器,此方案可提供精确的电压、电流控制,但缺点是:
(1)组件数目较多,电路板空间,成本,可靠性
(2)采样电阻Ro增加功耗,效率(3)光耦合器不能工作于高温环境下(Currenttransferratiodegradationduetotemperaturerises)(4)光耦合器存在一个低频极点(20-30kHz)thislowfrequencypolecomplicatesthefeedbackloopdesignandlimitsthecrossoverfrequency,2024/1/29,5,PSR(Primary-Side-Regulation):
原边调制,1.2PSR技术的优点,在变压器原边检测输出信息消除了次级的采样电路无须使用TL431和光耦合器减少组件数目,降低了整体电路的复杂性更为高效和优化,2024/1/29,6,PSR的典型输出特性曲线,PSR反激式变换器的典型输出V-I特性,2024/1/29,7,笔记本、手机、数码相机等数码产品的锂电子电池的充电器计算机(PC)的辅助电源LED驱动,1.3PSR的应用,2024/1/29,8,2、PSR技术的原理,2.1flyback变换器的基本原理,Flyback变换器的原理图,2024/1/29,9,DCM模式下的电压、电流波形,Flyback变换器的原理图,开关管M导通时:
原边电流线性增加,斜率为能量储存在原边,开关管M截止时:
副边电流线性减小,斜率为能量从原边传递到副边,2024/1/29,10,2.2如何在原边获取Vo、Io的信息,Io的信息反映在原边峰值电流Ipk,2024/1/29,11,2.2如何在原边获取Vo、Io的信息,Vo的信息反映在原边绕组电压VD-VIN以及辅助绕组电压VA上,副边电流为0时,原边绕组电压,辅助绕组电压,2024/1/29,12,2.2如何在原边获取Vo、Io的信息,原边绕组电压,如果在原边绕组检测Vo的信息,则需要高压检测电路,并且会受原边漏感耦合噪声的影响,所以一般是通过辅助绕组检测Vo的信息,2024/1/29,13,2.2如何在原边获取Vo、Io的信息,Vo的信息反映在原边辅助绕组电压VA,Io的信息反映在原边峰值电流Ipk,能在原边检测Vo、Io的信息,2024/1/29,14,2.3PSR实现恒压、恒流的原理,2.3.1恒压(CV)原理,PSR的输出电压,PFM方式:
PWM方式:
保持,不变,检测,调整,保持,不变,调整,开关频率不固定,开关频率固定,两种恒压方式,根据,2024/1/29,15,2.3.1.1PWM恒压(CV)原理,PSR的输出电压,确定,调整,调整,Vo恒定,确定,调整,Vo恒定,调整,保持,不变,开关频率固定,2024/1/29,16,PWM方式恒压原理图,2024/1/29,17,CV:
其他条件不变,RL变化时的调整过程,2024/1/29,18,CV:
其他条件不变,VIN变化时的调整过程,2024/1/29,19,PWM恒压(CV)模式下,在最小并且满载时,PSR的输出电压,导通时间达到最大值消磁时间达到最大值,满载时最小,不变,,,,,导通时间达到最大值,满载时最小,不变,,,,,达到最大值,最小,达到最大值,达到最大值,2024/1/29,20,PWM恒压(CV)模式下,在最小并且满载时,导通时间ton达到最大值消磁时间达到最大值,2024/1/29,21,2.3.1.2PFM恒压(CV)原理,PSR的输出电压,保持,不变,开关频率不固定,负反馈,2024/1/29,22,PFM恒压(CV)调整过程,2024/1/29,23,2.3.2恒流(CC)原理,PSR的输出电流,固定时,维持,不变,实现恒流,两种恒流方式,PFM方式:
PWM方式:
保持,不变,检测,调整,保持,不变,调整,使其不变,开关频率不固定,开关频率固定,2024/1/29,24,PFM方式恒流原理图,保持,不变,检测,调整,开关频率不固定,Ipk固定,检测出Vo相当于检测出,2024/1/29,25,PFM方式恒流调整过程,2024/1/29,26,PWM方式恒流原理图,保持,不变,调整,使其不变,开关频率固定,实现方式有多种,实现方式1,实现,2024/1/29,27,实现方式1的恒流调整过程,2024/1/29,28,PWM恒流实现方式2原理图,保持,不变,调整,使其不变,实现方式2(见专利US2008/0112193),开关频率固定,根据第n-1个周期的消磁时间确定第n个周期的原边峰值电流,2024/1/29,29,实现方式2的恒流调整过程,2024/1/29,30,PWM恒流实现方式3原理图,保持,不变,调整,使其不变,实现方式3(见专利US7505287),开关频率固定,根据第n-1个周期的消磁时间以及输入电压确定第n个周期的导通时间,2024/1/29,31,实现方式3的恒流调整过程,输入Vin不变,负载变化时:
负载不变,输入Vin变化时:
2024/1/29,32,2.4PSR恒压功能和恒流功能之间如何实现切换,以一个具体的PSR为例说明恒压和恒流之间的切换过程,恒压(CV),PWM方式,恒流(CC),PFM方式,具有CV和CC功能的PSR(PWM方式实现恒压;PFM方式实现恒流),恒压,恒流,?
2024/1/29,33,恒压(CV)时实际起作用的电路部分,恒压(CV)时没有起作用,OSC根据输出电压Vo调整脉冲的频率;CV时Vo不变,所以OSC输出频率固定的脉冲信号,(PWM恒压原理可参考2.3.1.1小节),PSR恒压工作(CV)时,功率管M的关闭由比较器1决定,PSR工作在PWM方式恒压,2024/1/29,34,恒流(CC)时不起实际作用,恒流(CC)时起实际作用,OSC根据输出电压Vo调整脉冲的频率;CC时Vo变化,OSC根据采样到的Vo信息调整输出脉冲的频率,(PFM恒流原理可参考2.3.2小节),PSR恒流工作(CC)时,功率管M的关闭由比较器2决定,PSR工作在PFM方式恒流,2024/1/29,35,RL减小(负载加重),开始由CV向CC切换,PWM方式的CV向PFC方式的CC的切换过程,2024/1/29,36,3、PSR的关键技术问题,
(1)芯片的低启动电流和较大的UVLO滞回窗口
(2)EMI问题(3)轻载时的效率(4)前沿消隐(5)如何在原边精确检测副边的消磁时间(6)如何在原边精确检测输出电压Vo(7)对输出整流二极管D的温度补偿(8)zero-voltageswitching,2024/1/29,37,
(1)低启动电流,较大的UVLO窗口,齐纳二极管(Zener)串联,施密特触发器实现滞回窗口,VDD达到开启阈值,POR信号,打开模拟电源供电和数字电源供电,VDD未达到开启阈值,POR信号,关闭模拟电源供电和数字电源供电,低启动电流,2024/1/29,38,
(2)EMI问题,跳频技术(frequencyhopping)通过将能量分散到比EMI测试仪带宽更广阔的范围,从而实现降低EMI,EMI:
电磁干扰危害:
干扰电网,高频辐射,降低效率解决办法:
跳频(frequencyhopping),2024/1/29,39,(3)轻载时的效率,轻载时开关损耗增大,效率降低,降频,减小开关损耗,提高效率,2024/1/29,40,(4)前沿消隐(LEB),开关管导通瞬间存在电流尖峰可能导致芯片误操作,电流比较器在开关导通后的一小段时间不工作,避免误操作,设计前沿消隐电路(LeadEdgeBlank),2024/1/29,41,(5)检测副边的消磁时间,副边电流的过零点,辅助绕组振铃电压的过零点,转化,检测消磁时间的重要性,2024/1/29,42,(6)如何在原边检测输出电压Vo,输出整流二极管D的非线性,次级端存在寄生电阻R引起的IR压降,在原边精确检测输出电压Vo很困难,副边消磁完毕时电流为0,输出整流二极管的正向电压Vf和寄生电阻的IR压降都为0,副边绕组的电压就等于输出电压Vo,Vo耦合到原边就可以在原边精确检测到输出电压,2024/1/29,43,(7)对输出整流二极管D的温度补偿,没有温度补偿时:
随着T的增加而减小,则Vo随T增加而增加;,增加温度补偿后:
负温度特性,正温度特性,互相抵消,实现补偿,2024/1/29,44,(8)zero-voltageswitching(quasi-resonantmode),在M的漏源电压Vds最小时开启功率管M,最小化开关应力和开关损耗,提高效益,降低EMI,T3时刻Vaux最小,开关管M的漏源电压Vds也最小,在消磁完毕后谐振的最小值处开启功率管,2024/1/29,45,谢谢!
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- 关 键 词:
- FSR 反馈 反激式 变换器 原理