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總結：開關電源調(diào)試時最常見的10大問題及解決方法

發(fā)布時間：2018-12-06 責任編輯：xueqi

【導讀】做為工程師的你是否知道開關電源調(diào)試時最常見的10個問題呢？以下將詳細分析開關電源調(diào)試時，變壓器飽和、Vds過高、IC 溫度過高等常見問題，并且還附上對應的解決方法。

1 變壓器飽和

變壓器飽和現(xiàn)象

在高壓或低壓輸入下開機(包含輕載，重載，容性負載)，輸出短路，動態(tài)負載，高溫等情況下，通過變壓器(和開關管)的電流呈非線性增長，當出現(xiàn)此現(xiàn)象時，電流的峰值無法預知及控制，可能導致電流過應力和因此而產(chǎn)生的開關管過壓而損壞。

變壓器飽和時的電流波形

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比IC的最大限流點?。?/div>

4）沒有軟啟動。

解決辦法：

1）降低IC的限流點；

2）加強軟啟動，使通過變壓器的電流包絡更緩慢上升。

2 Vds過高

Vds的應力要求：

最惡劣條件(最高輸入電壓，負載最大，環(huán)境溫度最高，電源啟動或短路測試)下，Vds的最大值不應超過額定規(guī)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(shù)比；

2）減小尖峰電壓：

a.減小漏感：

變壓器漏感在開關管開通是存儲能量是產(chǎn)生這個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：

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。

3 IC 溫度過高

原因及解決辦法：

1）內(nèi)部的MOSFET損耗太大：

開關損耗太大，變壓器的寄生電容太大，造成MOSFET的開通、關斷電流與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，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周圍空氣溫度太高：

IC應處于空氣流動暢順的地方，應遠離零件溫度太高的零件。

4 空載、輕載不能啟動

現(xiàn)象：

空載、輕載不能啟動，Vcc反復從啟動電壓和關斷電壓來回跳動。

原因：

空載、輕載時，Vcc繞組的感應電壓太低，而進入反復重啟動狀態(tài)。

解決辦法：

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

5 啟動后不能加重載

原因及解決辦法：

1）Vcc在重載時過高

重載時，Vcc繞組感應電壓較高,使Vcc過高并達到IC的OVP點時，將觸發(fā)IC的過壓保護，引起無輸出。如果電壓進一步升高，超過IC的承受能力，IC將會損壞。

2）內(nèi)部限流被觸發(fā)

a.限流點太低

重載、容性負載時，如果限流點太低，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。

b.電流上升斜率太大

上升斜率太大，電流的峰值會更大，容易觸發(fā)內(nèi)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。

6 待機輸入功率大

現(xiàn)象：

Vcc在空載、輕載時不足。這種情況會造成空載、輕載時輸入功率過高，輸出紋波過大。

原因：

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

電源IC未進入Burst Mode或已經(jīng)進入Burst Mode，但Burst 頻率太高，開關次數(shù)太多，開關損耗過大。

解決辦法：

調(diào)節(jié)反饋參數(shù)，使得反饋速度降低。

7 短路功率過大

現(xiàn)象：

輸出短路時，輸入功率太大，Vds過高。

原因：

輸出短路時，重復脈沖多，同時開關管電流峰值很大，造成輸入功率太大過大的開關管電流在漏感上存儲過大的能量，開關管關斷時引起Vds高。

輸出短路時有兩種可能引起開關管停止工作：

1）觸發(fā)OCP這種方式可以使開關動作立即停止

a.觸發(fā)反饋腳的OCP；

b.開關動作停止；

c.Vcc下降到IC關閉電壓；

d.Vcc重新上升到IC啟動電壓，而重新啟動。

2）觸發(fā)內(nèi)部限流

這種方式發(fā)生時，限制可占空比，依靠Vcc下降到UVLO下限而停止開關動作，而Vcc下降的時間較長，即開關動作維持較長時間，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關閉電壓；

c.開關動作停止；

d.Vcc重新上升到IC啟動電壓，而重新啟動。

解決辦法：

1）減少電流脈沖數(shù)，使輸出短路時觸發(fā)反饋腳的OCP，可以使開關動作迅速停止工作，電流脈沖數(shù)將變少。這意味著短路發(fā)生時，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。

8 空載，輕載輸出紋波過大

現(xiàn)象：

Vcc在空載或輕載時不足。

原因：

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

解決方法：

保證任何負載條件下，Vcc能夠穩(wěn)定供給。

現(xiàn)象：

Burst Mode時，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。

9 重載、容性負載不能啟動

現(xiàn)象：

輕載能夠啟動，啟動后也能夠加重載，但是重載或大容性負載情況下不能啟動。

一般設計要求：

無論重載還是容性負載(如10000uF)，輸入電壓最低還是最低，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)：

下面以容性負載C=10000uF為例進行分析，

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?/div>

以芯片F(xiàn)SQ0170RNA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）啟動時，增加傳遞能量的時間，即延長Vfb的上升時間(到達OCP保護點前)。

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成正比。控制Vfb的上升時間即可控制電感包絡的上升時間，即增加傳遞能量的時間。

IC的OCP功能是檢測Vfb達到Vsd(如6V)實現(xiàn)的。所以要降低Vfb斜率，就可以延長Vfb的上升時間。

輸出電壓未達到正常值時，如果反饋腳電壓Vfb已經(jīng)上升到保護點，傳遞能量時間不夠。重載、容性負載啟動時，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)(趨向關斷)的時間較長。IC內(nèi)部電流源給與反饋腳相接的電容充電較快，如果Vfb在這段時間內(nèi)上升到保護點(如6V)，MOSFET將關斷。輸出不能達到正常值，啟動失敗。

解決辦法：

使輸出電壓達到正常值時，反饋腳電壓Vfb仍然小于保護點。使Vfb遠離保護點而緩慢上升，或延長反饋腳Vfb上升到保護點的時間，即降低Vfb的上升斜率，使輸出有足夠的時間上升到正常值。

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，將一個電容(C7)串連穩(wěn)壓管(D6，3.3V)并聯(lián)到反饋腳。此法不會影響正常工作，如B線所示，當Vfb<3.3V時，穩(wěn)壓管不會導通，分流。上升3.3V時，穩(wěn)壓管進入穩(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)一個電容(C11)，電源啟動時，C11電壓較低，并由光耦二極管和431的偏置電阻R10進行充電。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影響充電時間，也就影響輸出的上升時間。

注意點：

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

2）增大峰值電流限流點I_limit，同時也增加了穩(wěn)態(tài)下的OCP點。需要在容性負載，輸入最低情況下檢查變壓器是否會飽和；

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

4）431的偏置電阻R10太小，431并聯(lián)的C11要更大；

5）為了保證上升時間，增大OCP點和增大R10×C11方法可能要同時使用。

10 空載、輕載輸出反跳

現(xiàn)象：

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