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解读开关电源满足节能标准的挑战的“利剑”

作者:时间:2011-09-20来源:网络收藏

Q:负载调整和交叉调整是怎么产生的?

A:负载调整是由于负载变化(电流变化)而产生的输出电压波动;交叉调整指的是在电源拥有多路输出时,随着各路负载发生变化时各路输出电压发生的波动。

Q:如何保证负载从零到满载条件下均保持较高的效率?

A:权衡一下设计和制造成本,使用软开关和同步整流。少用或不用反激电路

Q: 单段PFC的优缺点及适用范围?

A:单段PFC的优点集中体现在效率和成本上,因为将传统的PFC+PWM两段集中为单段,所以省去了一个环节,这样一来就避免了一个耗电环节,因此效率上可以改善。另外单段PFC至少可以节省一个控制器、一个磁性元件(电感)、一个开关器件(高压MOSFET),因此可以有效降低成本达20%以上。由于将两段合二为一,因此PF值不如传统有源PFC实现的高,动态响应速度、纹波等方面性能也不如两段式优异。 单段PFC比较适合应用的领域如照明、适配器等。

Q:控制器中,芯片对功率管的驱动时间如何选择?芯片对功率管进行驱动时,导通过快或过慢应该是都不好吧?这个时间如何把握呢?通常数值为多少?是否能够提供较通用的计算公式?

A:功率场效应管栅极上串联的几十欧的小电阻,作用是消除场效应管关断时,由变压器漏感和场效应管漏-栅极之间的电容产生的寄生振荡,而不是用作调节什么开关的“软硬”。至于开关管通断瞬间产生脉冲峰尖引起的EMI,在硬开关电路中通常用箝位电路和RC吸收回路减弱或消除掉;而在软开关中,是加入适当的电感或电容及辅助开关电路,使电路在开关通断瞬间,在开关两端产生谐振,消除峰尖的同时顺便也将开关的损耗降到最低。 此外EMC/EMI和开关的频率,电路的拓扑(结构),PCB的布线等还有密切的关系,而不仅仅是开关管通断瞬间的问题。

驱动过快会引起EMI问题,而过慢又会增加损耗降低效率;很难确定出驱动时间的一个通用数值,因为驱动时间和电路拓扑结构以及MOSFET的参数有极大关系。

Q:安森美的CS51414E的问题:我最近在用安森美的CS51414,输入电压22V,输入侧电容为220u铝电解+4.7u的陶瓷电容;Vsw侧 是22u/3A的电感,IN5819的肖特基,100u的胆电容组成的续流回路;反馈电阻按照DATASHEET;现在输出5V 的电压,有很大的纹波(1V P-P,表现为尖刺脉冲);输出800mA时,发热很严重。测量3脚Vsw波形,发现输出不是520K的脉冲,而是会丢失很多的脉冲!会不会是电感的问题?

A:1. 你测的1 Vp-p应该是纹波+噪声电压,纹波电压决定于开关频率,电感量和输出电容量,噪声电压和探头的接法与layout有很大关系,应把示波器的带宽设置在20 MHz。

2. 800mA时应该比较热。 因为输入电压较高所致。可加大散热铜箔面积,并把IC用导热硅胶粘贴在下面的铜箔上。或用CS51412代替CS51414,并把电感量加大一倍。

3. 丢失脉冲应该是layout不好所致。把IC的接地端从输出电容的负端引出,并在IC的电压输入端到地端接一0.1u的陶瓷电容试试看。

Q:用3844设计的保护:反激式,输出5V/1A、15V/500MA、24V/200MA。用5V进行的反馈。如果将15V或者24V短路时.5V的输出整流二极管会被烧毁。请教是那里的问题?还有变压器内部的电流如何变化?

A:可能是5V整流管的反向耐压偏低所造成,如果短路后进入了打嗝模式,变压器的初次级电流都较小,如果没进入保护,将维持在恒功率输 出模式,就是24V或12V输出电压低而输出电流很大,乘积是恒定功率。


Q:在实际应用中如何选择Buck产品?

关于非隔离型DC-DC Buck Converter,有以下两个问题:

一、在以下两种条件下,应选择哪种拓朴结构的Buck(同步还是非同步);

1、输入电压12V/15V,输出电压5V,最大负载电流3A;

2、输入电压为5V,输出电压为3.3V/2.5V/1.8V,最大负载电流3A;

二、同步和非同步的Buck在实际应用中应注意哪些问题,如拓朴结构如输入,输出电压以及负载电流,工作频率等的关系。

以下是两种拓朴结构的图片:

图1

图2

A:一、上述两种应用无论选择同步还是非同步都是可以接受的方式。关键在于终端客户对电源的不同要求,如成本、效率等方面的考量。在一般实际应用中,这两种应用以非同步较为常见。

二、非同步的优势在于成本较低,但由于续流是由二极管完成,因此开关频率较低、效率不高。通常的开关频率在两、三百千赫以下;在输入输出压差较小且电流不是很大时该是拓扑结构比较适合;

同步整流效率较高,开关频率可高达兆级,体积小,但成本较非同步整流处于劣势。 电流较大时最好采用同步整流,但可考虑开关MOSFET外置以减小芯片散热压力。

Q:适配器、液晶电视、ATX电源设计要点?

A:由于以上应用特性各有不同,所以在电源设计方面也有独特之处:

1、由于体积小且散热条件差,适配器对满载效率要求很高,且多为单路输出;另外,由于没有辅助电源,因此电路控制器本身要求有很好的待机性能;由于功率范围的原因,在小功率大多数适配器会选择反激结构,而中大功率出于效率考虑多用LLC拓扑架构;

2、液晶电视电源功率一般在几十瓦到最大三四百瓦范围,多路输出,尺寸方面特别是高度方面有严格的限制,使其电源设计如拓扑、变压器等方面要格外注意。液晶电视电源的电路拓扑较多,正激、反激、LLC等均有应用。一般较大尺寸的液晶电视均有专用的待机电源,因此主电路控制器的待机特性不如适配器这般苛刻;

3、高效ATX电源对轻载、半载、满载的效率均有明确的要求,因此在设计时要引起对这方面的重视。同液晶电视一样,ATX电源也是多路输出且有专用的待机电源,同时,待机电源的高效低能耗也是衡量ATX电源性能的一个重要指标。目前应用于高效ATX电源以有源钳位和LLC居多。

Q:开关电源的一些术语:斜坡补偿,斜坡补偿,不连续模式,逐周期限流,突发模式,电流模式,电流内环,电压外环。

A:

斜坡补偿 -在电流模式中当占空比大于50%时,为抑制次谐波振荡,将部分锯齿波电压加到控制信号上的补偿方式;

斜坡补偿 -电感电流在每个开关周期的任何时候都不会到零的工作模式;

不连续模式-电感电流在每个开关周期前/末都会到零的工作模式;

逐周期限流 -每个开关周期都会检测过流信号;

突发模式 -应该是Burst模式,指一种待机方式;

电流模式-电流信号参与环路控制的模式;

电流内环-电流控制环路;

电压外环-电压控制环路。




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