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【别踩雷】PSR应用Top5雷区及对策



PSR因节省光耦及431反馈网络而被广泛应用于充电器、适配器、 LED照明等领域。与传统SSR架构相比,PSR在反馈方式、控制策略上差异较大,应用上出现了一些与SSR截然不同的新问题。

本期芯朋微技术团队梳理了PSR应用的五大热点问题,并给出原理分析及解决对策,让各位粉丝从电源设计源头上彻底避开这些“雷区”。



TOP1

空载电压易超规?


为什么PSR电源易出现空载输出电压不稳或输出电压虚高?

如图1所示,PSR芯片通过采样变压器辅助绕组开关波形来捕捉输出电压,经内部闭环控制调节开关频率fs(空载时)来稳定输出电压。

图1 PSR反激电源典型应用图


空载时FB工作波形如图2所示,因消磁时间Tdmg、工作频率fs最低对PSR控制芯片而言,输出电压反馈调节难度最大

图2 FB工作波形


划重点

针对威尼斯2020娱乐官网司PN8370、PN8680、PN8386、PN8390等芯片应用时,应确保:
系统小消磁时间Tdmg_min大于2us,避免芯片FB采样点偏离去磁平台造成输出电压不稳或偏高;
系统的空载fs大于芯片允许的最低工作频率,避免能量失衡引起的输出电压虚高。



TOP2

启动误保护


为什么PSR电源在重载下容易不启动而轻载可以启动?

PSR芯片FB脚集成丰富保护功能如输出欠过压保护、消磁异常保护、开环保护。如3所示,重载启动时,当FB脚无滤波电容时FB工作波型尼斯2020娱乐官网蚵└姓竦次陕遥状シB内部保护;FB并联几十pF电容后漏感振荡被滤除,电源则可正常启动。

无滤波电容

并联47pF滤波电容

图3  FB工作波形对比

划重点

威尼斯2020娱乐官网司PN8370、PN8680、PN8386、PN8390等芯片应用时,FB脚一般推荐并联几十pF电容。当FB脚没有并联电容时,量产时需严格控制变压器漏感感量。此外,也可选择内部集成滤波电容的PN8611系列(如图4所示),以上问题迎刃而解。

图4 PN8611的FB脚示意图



TOP3

500k附近传导超标


为什么PSR电源的传导容易在500k附近超标?

PSR电源一般工作在DCM模式,如图5所示,在消磁结束后,变压器励磁电感和寄生电容产生自由振荡,fosc振荡频率一般在500k左右。该频点易超标的原因如下:

a. 相比SSR,PSR电源多工作在DCM模式,而Tosc时间越长,该频点干扰源能量越多; 

b. 相比SSR,PSR抖频范围变小,开关频率分量引起的干扰频谱相对集中,叠加的干扰分量增多; 

c. 相比SSR,PSR多应用于小体积的充电器和适配器,Vds干扰源更易通过位移电流形式直接耦合至LISN。

图5 VDS开关工作波形


划重点

反激变换器的简化共模干扰模型如图6所示,其中V1、V2、V3分别代表主开关管、供电二极管、次级整流二极管干扰源,Cpg、Cash、Csp、Csa、Csg、Coe为寄生电容。优化变压器结构,使得示波器观测到的开关波形导通平台电压在2V以内,将流入LISN的共模电流降至最低
图6 反激变换器传导分析模型
优化PCB布线,如下图所示,使得V1干扰源SW点与L点的距离大于6mm。

图7 反激电源PCB布局



TOP4

OCP点与CS电阻的反常关系


已经量产的电源,通过修改CS电阻改变OCP点,发现把CS电阻调小,OCP点上不去;而把CS电阻调大,输出电压易稳定,为什么会出现这种反常现象?

这样反常关系是由PSR的恒流功能所致。PSR与SSR的变压器设计差异较大,PSR需要根据恒流点计算变压器匝比和Ipk_max,进而计算圈数和线径。DCM 模式下,变压器原副边电流波形如图8所示,PSR通过控制去磁占空比实现恒流:

图8 变压器原副边电流波形


划重点

如果直接减小Rcs,变压器容易出现饱和,原副边电流不再是线性变化的三角波,而是非线性变化的指数电流,根据面积法易知恒流点反而下降,OCP点上不去。

如果直接增大Rcs,电源的工作频率fs会随Ipk减小而升高、消磁时间Tdmg会缩短,触发限频或输出电压采样错误,从而导致输出电压异常。

因此,单单通过CS电阻只能微调OCP点。PN8370、PN8680、PN8386等芯片应用时,CS电阻的改变一定确认Bmax、fs、Tdmg等是否在合理范围以内。




TOP5

90Vac输出电压纹波大


90Vac输入时,输出纹波为什么易超规?

由DCM模式PSR的恒流原理可知,变换器的最大占空比限定在0.5以内,而SSR的最大占空比一般在0.7左右。

因此,90Vac时PSR电源容易不满足以上限定,在半个工频周期内,不满足以上约束关系的时间越长,输出电压纹波则越大。

划重点

对于威尼斯2020娱乐官网司DCM 芯片PN8370、PN8680、PN8386等均需满足以上约束,可通过减小变压器匝比或增大高压电解电容来满足。
对于CCM模式PSR芯片如PN8390,由于占空比可以为0.67,占空比约束则容易满足,应用时仅需合理选取FB上偏电阻即可(推荐值24k,该电阻影响芯片对输出电压纹波的优化控制) 。



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