AVQ400-48S12模块开机波形的调试

艾默生网络能源有限公司AVQ400开机波形调试经验案例AVQ400开机波形的调试类别 硬件所属产品 AVQ400-48S12拟制人 高云（92994）拟制部门 BMP 关键字 开机波形，辅助电源拟制时间 2009-12-12【内容摘要】AVE360-48S12模块在48V输入，带半载，负载加载点设置在5V，开机时输出电压出现下跌并伴随振荡，本文对上述问题进行了分析，采用新的副边绕组供电的辅助源方案对模块开机波形进行了优化，然后在AVE360开机波形调试完毕的基准上对AVQ400的开机波形进行了调试。【问题描述及分析】满载开机电压出现跌落及振荡AVE360模块，48V输入，带半载，负载加载点5V，电流上升率为0.1A/us,输出电压出现了跌落振荡波形，如图1所示。图一 空载开机波形其中黄色线条显示的是输出波形，紫色为软启动三极管Q8的一脚的信号，绿色是Verror信号。可以看出当负载加载时，输出电压出现了较大的跌落，AVE360是采用的是电流型控制芯片ISL6741，其占空比的调节是电压反馈运放的输出与电流采样信号通过PWM比较器比较来确定，当负载加载时输出电流上升，导致电流更快达到Verror，将占空比拉低，这样将降低输出电压。一般模块起机过程可以分为两个过程，开环启动过程和闭环启动过程，在开环启动过程中，Verror信号随着缓启电容电压的上升而逐渐上升，当Verror信号不再受到软启电容箝位作用时，模块进入闭环启动过程。图二 开环阶段输出波形和Verror信号模块出现振荡的原因（如图二所示）：AVE360采用的是峰值电流控制，模块在加载时，输出电流上升，电感电流更快的达到Verorr电平，占空比下降，导致输出电压下跌，由于此时模块还处于开环状态，Verror无法进行调节，当输出电压下跌低于模块的加载电压时，电子负载关闭，模块输出电压开始上升，如此反复形成振荡。因此如果降低模块的闭环工作点，使得模块在较低的电压下进入闭环即可以解决模块在较高电压加载时出现振荡的问题。由于辅助源为电压反馈运放的基准供电，为达到此目的，必须让辅助源尽快建立，让模块在输出电压很低时即进入闭环控制的工作模式。【解决方案】原有电路中副边的辅助源用于为副边MOSFET驱动芯片供电，辅助源外接电容较大，辅助源建立时间比较慢，因此重新设计副边的辅助源。该方案中的绕组直接绕在主变压器上，与输出电压共地。与常用的正激式辅助源供电方案不同，该方案不需要输出电感，结构比较简洁，同时开机非常快，可以确保副边辅助源电压在开机时迅速建立，使得模块能够很快进入闭环控制的工作模式。图三 独立绕组的辅助源供电方案 新辅助源采用的是7.5V的稳压管，辅助源的输出为6.82V。采用新的辅助源后，Vref可以更快的建立，但是受到Q8软启电路的限制，如下图红色箭头显示，此时Verror输出主要软启箝位电容C7来决定。图四为采用该辅助源方案时模块的空载开机波形：图四 AVE360空载开机波形此时再加载，可以看出当负载加载时，环路对Verror信号进行了调节的过程。图五 AVE360加载时Vo和Verror的波形但在此时48V满载时，输出出现振荡，AVE360模块的副边原来采用的Vo供电，采用新的辅助源后，副边辅助源的电压从12V降为6.8V，因此环路的静态工作点需要重新设置，以满足在各种输入条件和负载条件下，让光耦工作在线形工作区内。修改光耦原边和副边限流电阻的值，使得光耦的电流在各种条件下在1mA附近。最终R39为3.3K，R104为3K。调试完毕后的带载输出波形为下图:图六 AVE360满载输出电压波形 采用新辅助源的AVQ400在开机时,空载在开机过程中，输出电压在低于5V时，会出现小幅度的振荡，波形如下图所示：图七 AVQ400空载开机波形黄色线条显示的是输出波形，可以看出当电压在上升到5V过程中，输出电压出现了小幅度的振荡。AVQ400是采用的是电流型控制芯片ISL6741，其占空比的调节是电压反馈运放的输出与经过斜坡补偿的电流采样信号通过PWM比较器比较来产生占空比。观察输出出现振荡时，PWM芯片CS端和输出驱动信号的波形，如图八、图九、图十所示：图八 输出出现振荡时细节图九 输出出现振荡时细节图十 输出出现振荡的细节在图八中，1通道为输出电压的波形，2通道为电流采样的波形，3通道为PWM芯片输出的驱动波形，可以看出在输出电压上升到过程中，当占空比出现大小振荡时，带来输出电压的振荡。原因分析AVQ400采用全桥加同步整流拓扑，如下图所示：图十一 考虑变压器漏感时的AVQ400主电路假定电路的状态为原边的四个开关管均关断，这时副边同步整流管Q1和Q2同时导通续流，为了避免直通，在开通原边MOS管QQ2和QQ4之前必须先关断副边同步整流管Q1。同步整流管Q1关断后，原本流过Q1的电流iq1经Q1的体内二极管续流，待原边MOS管QQ2和QQ4开通后，主变T的初级同名端为正，次级的同名端也力图为正，但是此时Q2处于导通状态，Q1的S级和Q2的S级连接在一起，那么副边变压器的两端的电压几乎等于Q1的体二极管的管压降和Q2的导通压降。图十二 QQ2和QQ4开通时的电路QQ2和QQ4在开通后，在Q1中的续流电流逐渐由1/2*Io减小到0的过程中，变压器的副边几乎处于直通状态，因此当QQ2和QQ4开通及变压器原边同名端电压建立的过程中，通过QQ2和QQ4的电流会出现过冲，随着Q1体二极管的反向截至，原边电流恢复至Io*N2/N1。从QQ2和QQ4的导通，到若Q1体二极管的方向恢复时间为Tr，原边输入电压为Vin，变压器原边漏感为Ls，则初级电流产生的过冲幅值为：。在模块刚刚起机时，Verror较小，过冲的电流让CS达到了Verror电平，从而关断了MOSFET，这样就会造成Vo的下跌，在下一个占空比内，由于上一次导通造成的Verror的上升，CS端出现的电流的过冲没有触碰到Verror电平，这样因此呈现出占空比忽大忽小的情况，Vo出现振荡。【小结】 为了解决电流型模块在加载时出现跌坑