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開(kāi)關(guān)電源調試問(wèn)題(10大問(wèn)題匯總及解決方法詳解)-KIA MOS管

信息來(lái)源:本站 日期:2019-11-28 

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開(kāi)關(guān)電源調試問(wèn)題(10大問(wèn)題匯總及解決方法詳解)

開(kāi)關(guān)電源

本文主要講開(kāi)關(guān)電源調試問(wèn)題有哪些,開(kāi)關(guān)電源不同于線(xiàn)性電源,開(kāi)關(guān)電源利用的切換晶體管多半是在全開(kāi)模式(飽和區)及全閉模式(截止區)之間切換,這兩個(gè)模式都有低耗散的特點(diǎn),切換之間的轉換會(huì )有較高的耗散,但時(shí)間很短,因此比較節省能源,產(chǎn)生廢熱較少。


理想上,開(kāi)關(guān)電源本身是不會(huì )消耗電能的。電壓穩壓是透過(guò)調整晶體管導通及斷路的時(shí)間來(lái)達到。相反的,線(xiàn)性電源在產(chǎn)生輸出電壓的過(guò)程中,晶體管工作在放大區,本身也會(huì )消耗電能。開(kāi)關(guān)電源的高轉換效率是其一大優(yōu)點(diǎn),而且因為開(kāi)關(guān)電源工作頻率高,可以使用小尺寸、輕重量的變壓器,因此開(kāi)關(guān)電源也會(huì )比線(xiàn)性電源的尺寸要小,重量也會(huì )比較輕。


開(kāi)關(guān)電源調試問(wèn)題(一)-變壓器飽和

變壓器飽和現象

在高壓或低壓輸入下開(kāi)機(包含輕載,重載,容性負載),輸出短路,動(dòng)態(tài)負載,高溫等情況下,通過(guò)變壓器(和開(kāi)關(guān)管)的電流呈非線(xiàn)性增長(cháng),當出現此現象時(shí),電流的峰值無(wú)法預知及控制,可能導致電流過(guò)應力和因此而產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)管過(guò)壓而損壞。


開(kāi)關(guān)電源,開(kāi)關(guān)電源調試問(wèn)題


容易產(chǎn)生飽和的情況:

1)變壓器感量太大;

2)圈數太少;

3)變壓器的飽和電流點(diǎn)比IC的最大限流點(diǎn)??;

4)沒(méi)有軟啟動(dòng)。


解決辦法:

1)降低IC的限流點(diǎn);

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


開(kāi)關(guān)電源,開(kāi)關(guān)電源調試問(wèn)題


開(kāi)關(guān)電源調試問(wèn)題(二)-Vds過(guò)高

Vds的應力要求:

最?lèi)毫訔l件(最高輸入電壓,負載最大,環(huán)境溫度最高,電源啟動(dòng)或短路測試)下,Vds的最大值不應超過(guò)額定規格的90%


Vds降低的辦法:

1)減小平臺電壓:減小變壓器原副邊圈數比;

2)減小尖峰電壓:


a.減小漏感:

變壓器漏感在開(kāi)關(guān)管開(kāi)通是存儲能量是產(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.調整吸收電路:

①使用TVS管;

②使用較慢速的二極管,其本身可以吸收一定的能量(尖峰);

③插入阻尼電阻可以使得波形更加平滑,利于減小EMI。


開(kāi)關(guān)電源調試問(wèn)題(三)-IC溫度過(guò)高

原因及解決辦法:

1)內部的MOSFET損耗太大:

開(kāi)關(guān)損耗太大,變壓器的寄生電容太大,造成MOSFET的開(kāi)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到PCB及其上的銅箔,應盡量增加銅箔的面積并上更多的焊錫


3)IC周?chē)諝鉁囟忍撸?/span>

IC應處于空氣流動(dòng)暢順的地方,應遠離零件溫度太高的零件。


開(kāi)關(guān)電源調試問(wèn)題(四)-空載、輕載不能啟動(dòng)

現象:

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


原因:

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


解決辦法:

增加Vcc繞組圈數,減小Vcc限流電阻,適當加上假負載。如果增加Vcc繞組圈數,減小Vcc限流電阻后,重載時(shí)Vcc變得太高,請參照穩定Vcc的辦法。


開(kāi)關(guān)電源調試問(wèn)題(五)-啟動(dòng)后不能加重載

原因及解決辦法:

1)Vcc在重載時(shí)過(guò)高

重載時(shí),Vcc繞組感應電壓較高,使Vcc過(guò)高并達到IC的OVP點(diǎn)時(shí),將觸發(fā)IC的過(guò)壓保護,引起無(wú)輸出。如果電壓進(jìn)一步升高,超過(guò)IC的承受能力,IC將會(huì )損壞。


2)內部限流被觸發(fā)

a.限流點(diǎn)太低

重載、容性負載時(shí),如果限流點(diǎn)太低,流過(guò)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)內部限流保護。解決辦法是在不使變壓器飽和的前提下提高感量。


開(kāi)關(guān)電源調試問(wèn)題(六)-待機輸入功率大

現象:

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(guò)高,輸出紋波過(guò)大。


原因:

輸入功率過(guò)高的原因是,Vcc不足時(shí),IC進(jìn)入反復啟動(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(kāi)關(guān)次數太多,開(kāi)關(guān)損耗過(guò)大。


解決辦法:

調節反饋參數,使得反饋速度降低。


開(kāi)關(guān)電源調試問(wèn)題(七)-短路功率過(guò)大

現象:

輸出短路時(shí),輸入功率太大,Vds過(guò)高。


原因:

輸出短路時(shí),重復脈沖多,同時(shí)開(kāi)關(guān)管電流峰值很大,造成輸入功率太大過(guò)大的開(kāi)關(guān)管電流在漏感上存儲過(guò)大的能量,開(kāi)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(kāi)關(guān)管停止工作:


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

a.觸發(fā)反饋腳的OCP;

b.開(kāi)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(kāi)關(guān)動(dòng)作,而Vcc下降的時(shí)間較長(cháng),即開(kāi)關(guān)動(dòng)作維持較長(cháng)時(shí)間,輸入功率將較大。

a.觸發(fā)內部限流,占空比受限;

b.Vcc下降到IC關(guān)閉電壓;

c.開(kāi)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,使輸出短路時(shí)觸發(fā)反饋腳的OCP,可以使開(kāi)關(guān)動(dòng)作迅速停止工作,電流脈沖數將變少。這意味著(zhù)短路發(fā)生時(shí),反饋腳的電壓應該更快的上升。所以反饋腳的電容不可太大;

2)減小峰值電流。


開(kāi)關(guān)電源調試問(wèn)題(八)-空載,輕載輸出紋波過(guò)大

現象:

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(cháng)的間歇工作,短時(shí)間提供能量到輸出,接著(zhù)停止工作較長(cháng)的時(shí)間,使得電容存儲的能量不足以維持輸出穩定,輸出電壓將會(huì )下降。


解決方法:

保證任何負載條件下,Vcc能夠穩定供給。


現象:

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定。


解決辦法:

在滿(mǎn)足待機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。


開(kāi)關(guān)電源調試問(wèn)題(九)-重載、容性負載不能啟動(dòng)

現象:

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載情況下不能啟動(dòng)。


一般設計要求:

無(wú)論重載還是容性負載(如10000uF),輸入電壓最低還是最低,20mS內,輸出電壓必須上升到穩定值。


原因及解決辦法(保證Vcc在正常工作范圍內的前提下):


下面以容性負載C=10000uF為例進(jìn)行分析,


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


E=0.5*C*V^2


電容C越大,需要在20mS內從輸入傳輸到輸出的能量更大。


開(kāi)關(guān)電源,開(kāi)關(guān)電源調試問(wèn)題

開(kāi)關(guān)電源,開(kāi)關(guān)電源調試問(wèn)題


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(guò)更大電感電流Id:將與Pin4相接的電阻增大,從內部電流源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(guò)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(cháng)Vfb的上升時(shí)間(到達OCP保護點(diǎn)前)。


開(kāi)關(guān)電源,開(kāi)關(guān)電源調試問(wèn)題


對這款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??刂芕fb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Vfb達到Vsd(如6V)實(shí)現的。所以要降低Vfb斜率,就可以延長(cháng)Vfb的上升時(shí)間。


輸出電壓未達到正常值時(shí),如果反饋腳電壓Vfb已經(jīng)上升到保護點(diǎn),傳遞能量時(shí)間不夠。重載、容性負載啟動(dòng)時(shí),輸出電壓建立較慢,加到光耦電壓較低,通過(guò)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(cháng)。IC內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)間內上升到保護點(diǎn)(如6V),MOSFET將關(guān)斷。輸出不能達到正常值,啟動(dòng)失敗。


解決辦法:

使輸出電壓達到正常值時(shí),反饋腳電壓Vfb仍然小于保護點(diǎn)。使Vfb遠離保護點(diǎn)而緩慢上升,或延長(cháng)反饋腳Vfb上升到保護點(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(xiàn)變成A線(xiàn)。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(yíng)方法有不足,將一個(gè)電容(C7)串連穩壓管(D6,3.3V)并聯(lián)到反饋腳。此法不會(huì )影響正常工作,如B線(xiàn)所示,當Vfb<3.3V時(shí),穩壓管不會(huì )導通,分流。上升3.3V時(shí),穩壓管進(jìn)入穩壓狀態(tài),電容C7開(kāi)始充電分流,減小后續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(guò),使光耦光敏管阻抗較低而分流,Vfb將緩慢上升,如C線(xiàn)所示。R10×C11影響充電時(shí)間,也就影響輸出的上升時(shí)間。


開(kāi)關(guān)電源調試問(wèn)題(十)-空載、輕載輸出反跳

現象:

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 )出現如下圖所示的電壓反跳的波形。


開(kāi)關(guān)電源,開(kāi)關(guān)電源調試問(wèn)題


原因:

輸入關(guān)掉時(shí),5V輸出將會(huì )下降,Vcc也跟著(zhù)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。


開(kāi)關(guān)電源的工作條件

1、開(kāi)關(guān):電力電子器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)而不是線(xiàn)性狀態(tài)。


2、高頻:電力電子器件工作在高頻而不是接近工頻的低頻。


3、直流:開(kāi)關(guān)電源輸出的是直流而不是交流。


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