變壓器飽和現(xiàn)象

　　在高壓或低壓輸入下開機(jī)(包含輕載，重載，容性負(fù)載)，輸出短路，動(dòng)態(tài)負(fù)載，高溫等情況下，通過變壓器(和開關(guān)管)的電流呈非線性增長(zhǎng)，當(dāng)出現(xiàn)此現(xiàn)象時(shí)，電流的峰值無法預(yù)知及控制，可能導(dǎo)致電流過應(yīng)力和因此而產(chǎn)生的開關(guān)管過壓而損壞。

　　變壓器飽和時(shí)的電流波形

　　容易產(chǎn)生飽和的情況：

　　1）變壓器感量太大；

　　2）圈數(shù)太少；

　　3）變壓器的飽和電流點(diǎn)比 IC 的   限流點(diǎn)?。?/p>

　　4）沒有軟啟動(dòng)。

　　解決辦法：

　　1）降低 IC 的限流點(diǎn)；

　　2）加強(qiáng)軟啟動(dòng)，使通過變壓器的電流包絡(luò)更緩慢上升。

　　Vds 過高

　　Vds 的應(yīng)力要求：

　　   惡劣條件(   輸入電壓，負(fù)載   ，環(huán)境溫度   ，電源啟動(dòng)或短路測(cè)試)下，Vds 的   值不應(yīng)超過額定規(guī)格的 90%

　　Vds 降低的辦法：

　　1）減小平臺(tái)電壓：減小變壓器原副邊圈數(shù)比；

　　2）減小尖峰電壓：

　　a. 減小漏感：

　　變壓器漏感在開關(guān)管開通是存儲(chǔ)能量是產(chǎn)生這個(gè)尖峰電壓的主要原因，減小漏感可以減小尖峰電壓。

　　b. 調(diào)整吸收電路：

　?、偈褂?TVS 管；

　?、谑褂幂^慢速的二極管，其本身可以吸收一定的能量(尖峰)；

　?、鄄迦胱枘犭娮杩梢允沟貌ㄐ胃悠交跍p小 EMI。

　　IC 溫度過高

　　原因及解決辦法：

　　1）內(nèi)部的 MOSFET 損耗太大：

　　開關(guān)損耗太大，變壓器的寄生電容太大，造成 MOSFET 的開通、關(guān)斷電流與 Vds 的交叉面積大。解決辦法：增加變壓器繞組的距離，以減小層間電容，如同繞組分多層繞制時(shí)，層間加入一層絕緣膠帶(層間絕緣) 。

　　2）散熱不良：

　　IC 的很大一部分熱量依靠引腳導(dǎo)到 PCB 及其上的銅箔，應(yīng)盡量增加銅箔的面積并上更多的焊錫

　　3）IC 周圍空氣溫度太高：

　　IC 應(yīng)處于空氣流動(dòng)暢順的地方，應(yīng)遠(yuǎn)離零件溫度太高的零件。

　　空載、輕載不能啟動(dòng)

　　現(xiàn)象：

　　空載、輕載不能啟動(dòng)，Vcc 反復(fù)從啟動(dòng)電壓和關(guān)斷電壓來回跳動(dòng)。

　　原因：

　　空載、輕載時(shí)，Vcc 繞組的感應(yīng)電壓太低，而進(jìn)入反復(fù)重啟動(dòng)狀態(tài)。

　　解決辦法：

　　增加 Vcc 繞組圈數(shù)，減小 Vcc 限流電阻，適當(dāng)加上假負(fù)載。如果增加 Vcc 繞組圈數(shù)，減小 Vcc 限流電阻后，重載時(shí) Vcc 變得太高，請(qǐng)參照穩(wěn)定 Vcc 的辦法。

　　啟動(dòng)后不能加重載

　　原因及解決辦法：

　　1）Vcc 在重載時(shí)過高

　　重載時(shí)，Vcc 繞組感應(yīng)電壓較高,使 Vcc 過高并達(dá)到 IC 的 OVP 點(diǎn)時(shí)，將觸發(fā) IC 的過壓保護(hù)，引起無輸出。如果電壓進(jìn)一步升高，超過 IC 的承受能力，IC 將會(huì)損壞。

　　2）內(nèi)部限流被觸發(fā)

　　a. 限流點(diǎn)太低

　　重載、容性負(fù)載時(shí)，如果限流點(diǎn)太低，流過 MOSFET 的電流被限制而不足，使得輸出不足。解決辦法是增大限流腳電阻，提高限流點(diǎn)。

　　b. 電流上升斜率太大

　　上升斜率太大，電流的峰值會(huì)更大，容易觸發(fā)內(nèi)部限流保護(hù)。解決辦法是在不使變壓器飽和的前提下提高感量。

　　待機(jī)輸入功率大

　　現(xiàn)象：

　　Vcc 在空載、輕載時(shí)不足。這種情況會(huì)造成空載、輕載時(shí)輸入功率過高，輸出紋波過大。

　　原因：

　　輸入功率過高的原因是，Vcc 不足時(shí)，IC 進(jìn)入反復(fù)啟動(dòng)狀態(tài)，頻繁的需要高壓給 Vcc 電容充電，造成起動(dòng)電路損耗。如果啟動(dòng)腳與高壓間串有電阻，此時(shí)電阻上功耗將較大，所以啟動(dòng)電阻的功率等級(jí)要足夠。

　　電源 IC 未進(jìn)入 Burst Mode 或已經(jīng)進(jìn)入 Burst Mode，但 Burst 頻率太高，開關(guān)次數(shù)太多，開關(guān)損耗過大。

　　解決辦法：

　　調(diào)節(jié)反饋參數(shù)，使得反饋速度降低。

　　短路功率過大

　　現(xiàn)象：

　　輸出短路時(shí)，輸入功率太大，Vds 過高。

　　原因：

　　輸出短路時(shí)，重復(fù)脈沖多，同時(shí)開關(guān)管電流峰值很大，造成輸入功率太大過大的開關(guān)管電流在漏感上存儲(chǔ)過大的能量，開關(guān)管關(guān)斷時(shí)引起 Vds 高。

　　輸出短路時(shí)有兩種可能引起開關(guān)管停止工作：

　　1）觸發(fā) OCP 這種方式可以使開關(guān)動(dòng)作立即停止

　　a. 觸發(fā)反饋腳的 OCP；

　　b. 開關(guān)動(dòng)作停止；

　　c.Vcc 下降到 IC 關(guān)閉電壓；

　　d.Vcc 重新上升到 IC 啟動(dòng)電壓，而重新啟動(dòng)。

　　2）觸發(fā)內(nèi)部限流

　　這種方式發(fā)生時(shí)，限制可占空比，依靠 Vcc 下降到 UVLO 下限而停止開關(guān)動(dòng)作，而 Vcc 下降的時(shí)間較長(zhǎng)，即開關(guān)動(dòng)作維持較長(zhǎng)時(shí)間，輸入功率將較大。

　　a. 觸發(fā)內(nèi)部限流，占空比受限；

　　b.Vcc 下降到 IC 關(guān)閉電壓；

　　c. 開關(guān)動(dòng)作停止；

　　d.Vcc 重新上升到 IC 啟動(dòng)電壓，而重新啟動(dòng)。

　　解決辦法：

　　1）減少電流脈沖數(shù)，使輸出短路時(shí)觸發(fā)反饋腳的 OCP，可以使開關(guān)動(dòng)作迅速停止工作，電流脈沖數(shù)將變少。這意味著短路發(fā)生時(shí)，反饋腳的電壓應(yīng)該更快的上升。所以反饋腳的電容不可太大；

　　2）減小峰值電流。

　　空載，輕載輸出紋波過大

　　現(xiàn)象：

　　Vcc 在空載或輕載時(shí)不足。

　　原因：

　　Vcc 不足時(shí)，在啟動(dòng)電壓(如 12V)和關(guān)斷電壓(如 8V)之間振蕩 IC 在周期較長(zhǎng)的間歇工作，短時(shí)間提供能量到輸出，接著停止工作較長(zhǎng)的時(shí)間，使得電容存儲(chǔ)的能量不足以維持輸出穩(wěn)定，輸出電壓將會(huì)下降。

　　解決方法：

　　保證任何負(fù)載條件下，Vcc 能夠穩(wěn)定供給。

　　現(xiàn)象：

　　Burst Mode 時(shí)，間歇工作的頻率太低，此頻率太低，輸出電容的能量不能維持穩(wěn)定。

　　解決辦法：

　　在滿足待機(jī)功耗要求的條件下稍微提高間歇工作的頻率，增大輸出電容。

　　重載、容性負(fù)載不能啟動(dòng)

　　現(xiàn)象：

　　輕載能夠啟動(dòng)，啟動(dòng)后也能夠加重載，但是重載或大容性負(fù)載情況下不能啟動(dòng)。

　　一般設(shè)計(jì)要求：

　　無論重載還是容性負(fù)載(如 10000uF)，輸入電壓   還是   ，20mS 內(nèi)，輸出電壓必須上升到穩(wěn)定值。

　　原因及解決辦法(保證 Vcc 在正常工作范圍內(nèi)的前提下)：

　　下面以容性負(fù)載 C=10000uF 為例進(jìn)行分析，

　　按規(guī)格要求，必須有足夠的能量使輸出在 20mS 內(nèi)上升到穩(wěn)定的輸出電壓(如 5V)。

　　E=0.5*C*V^2

　　電容 C 越大，需要在 20mS 內(nèi)從輸入傳輸?shù)捷敵龅哪芰扛蟆?/p>

　　以芯片 FSQ0170RNA 為例如圖所示，陰影部分總面積 S 就是所需的能量。要增加面積 S，辦法是：

　　1）增大峰值電流限流點(diǎn) I_limit，可允許流過更大電感電流 Id：將與 Pin4 相接的電阻增大，從內(nèi)部電流源 Ifb 分流更小，使作為電流限制參考電壓的 PWM 比較器正輸入端的電壓將上升，即允許更大的電流通過 MOSFET/ 變壓器，可以提供更大的能量。

　　2）啟動(dòng)時(shí)，增加傳遞能量的時(shí)間，即延長(zhǎng) Vfb 的上升時(shí)間(到達(dá) OCP 保護(hù)點(diǎn)前)。

　　對(duì)這款 FSQ0170RNA 芯片，電感電流控制是以 Vfb 為參考電壓的，Vfb 電壓的波形與電感電流的包絡(luò)成正比?？刂?Vfb 的上升時(shí)間即可控制電感包絡(luò)的上升時(shí)間，即增加傳遞能量的時(shí)間。

　　IC 的 OCP 功能是檢測(cè) Vfb 達(dá)到 Vsd(如 6V)實(shí)現(xiàn)的。所以要降低 Vfb 斜率，就可以延長(zhǎng) Vfb 的上升時(shí)間。

　　輸出電壓未達(dá)到正常值時(shí)，如果反饋腳電壓 Vfb 已經(jīng)上升到保護(hù)點(diǎn)，傳遞能量時(shí)間不夠。重載、容性負(fù)載啟動(dòng)時(shí)，輸出電壓建立較慢，加到光耦電壓較低，通過光耦二極管的電流小，光耦光敏管高阻態(tài)(趨向關(guān)斷)的時(shí)間較長(zhǎng)。IC 內(nèi)部電流源給與反饋腳相接的電容充電較快，如果 Vfb 在這段時(shí)間內(nèi)上升到保護(hù)點(diǎn)(如 6V)，MOSFET 將關(guān)斷。輸出不能達(dá)到正常值，啟動(dòng)失敗。

　　解決辦法：

　　使輸出電壓達(dá)到正常值時(shí)，反饋腳電壓 Vfb 仍然小于保護(hù)點(diǎn)。使 Vfb 遠(yuǎn)離保護(hù)點(diǎn)而緩慢上升，或延長(zhǎng)反饋腳 Vfb 上升到保護(hù)點(diǎn)的時(shí)間，即降低 Vfb 的上升斜率，使輸出有足夠的時(shí)間上升到正常值。

　　A. 增大反饋電容(C9)，可以將 Vfb 的上升斜率降低，如圖所示，由 D 線變成 A 線。但是反饋電容太大會(huì)影響正常工作狀態(tài)，降低反饋速度，使輸出紋波變大。所以此電容不能變化太大。

　　B. 由于 A 方法有不足，將一個(gè)電容(C7)串連穩(wěn)壓管(D6，3.3V)并聯(lián)到反饋腳。此法不會(huì)影響正常工作，如 B 線所示，當(dāng) Vfb<3.3V 時(shí)，穩(wěn)壓管不會(huì)導(dǎo)通，分流。上升 3.3V 時(shí)，穩(wěn)壓管進(jìn)入穩(wěn)壓狀態(tài)，電容 C7 開始充電分流，減小后續(xù) Vfb 的上升斜率。C。在 431 的 K-A 端并聯(lián)一個(gè)電容(C11)，電源啟動(dòng)時(shí)，C11 電壓較低，并由光耦二極管和 431 的偏置電阻 R10 進(jìn)行充電。這樣光耦就有較大電流通過，使光耦光敏管阻抗較低而分流，Vfb 將緩慢上升，如 C 線所示。R10×C11 影響充電時(shí)間，也就影響輸出的上升時(shí)間。

　　注意點(diǎn)：

　　1）增加反饋腳電容(包括穩(wěn)壓管串電容)，對(duì)解決超大容性負(fù)載問題作用較?。?/p>

　　2）增大峰值電流限流點(diǎn) I_limit，同時(shí)也增加了穩(wěn)態(tài)下的 OCP 點(diǎn)。需要在容性負(fù)載，輸入   情況下檢查變壓器是否會(huì)飽和；

　　3）如果要保持限流點(diǎn)，須使 R10×C11 更大，但在超大容性負(fù)載(10000uF)情況下，可能會(huì)增加 5Vsb 的上升時(shí)間超過 20mS，此法需要檢查動(dòng)態(tài)響應(yīng)是否受太大影響；

　　4）431 的偏置電阻 R10 太小，431 并聯(lián)的 C11 要更大；

　　5）為了保證上升時(shí)間，增大 OCP 點(diǎn)和增大 R10×C11 方法可能要同時(shí)使用。

　　空載、輕載輸出反跳

　　現(xiàn)象：

　　在輸出空載或輕載時(shí)，關(guān)閉輸入電壓，輸出(如 5V)可能會(huì)出現(xiàn)如下圖所示的電壓反跳的波形。

　　原因：

　　輸入關(guān)掉時(shí)，5V 輸出將會(huì)下降，Vcc 也跟著下降，IC 停止工作，但是空載或輕載時(shí)，巨大的 PC 電源大電容電壓并不能快速下降，仍然能夠給高壓?jiǎn)?dòng)腳提供較大的電流使得 IC 重新啟動(dòng)，5V 又重新輸出，反跳。

　　解決方法：

　　在啟動(dòng)腳串入較大的限流電阻，使得大電容電壓下降到仍然比較高的時(shí)候也不足以提供足夠的啟動(dòng)電流給 IC。

　　將啟動(dòng)接到整流橋前,啟動(dòng)不受大電容電壓影響。輸入電壓關(guān)斷時(shí)，啟動(dòng)腳電壓能夠迅速下降。