Flyback开关电源工作原理及测试要点

1、Prepared By：伍辉平Date：2012-12-20Flyback开关电源工作原理及测试要点1，什么是Flyback开关电源2，Flyback工作原理3，Flyback电路分析和测试要点4，Flyback电路设计目录常用的开关电源拓扑结构降压式(Buck)变换器升压式(Boost)变换器升降压式(Buck-Boost)变换器正激式(Forward)变换器反激式反激式(Flyback)变换器变换器半桥式(Half-bridge converter)全桥式(Full-bridge converter)推挽式(Push-pull converter)Cuk变换器Zeta变换器Sepic变换器

2、开关电源开关电源拓扑结构拓扑结构什么是Flyback？反激式开关电源：输出端在变压器原边绕组断开电源时获得能量，英文名称叫Flyback TransformerOUTPUTPWMTransformerBLOCK DIAGRAMAC(85V-265V)12VDC(90V-375V)EMI VCCBRIDGEFEDBACKMOSFETfilterFILTERNLFlyback电路特点优点：1. 电路简单，能高效提供多路直流输出，因此适合多组输出要求；2. 转换效率高，损失小；3. 变压器匝数比值较小；4. 输入电压在很大的范围内波动时，仍可有较稳定的输出，目前已可实现交流输入在 85265V间，无

3、需切换而达到稳定输出的要求。缺点：1. 输出电压中存在较大的纹波，负载调整精度不高，因此输出功率受到限制，通常应用于150W以下；2. 转换变压器在电流连续(CCM)模式下工作时，有较大的直流分量，易导致磁芯饱和，所以必须在磁路中加入气隙，从而造成变压器体积变大。3. 变压器有直流电流成份，且同时会工作于CCM / DCM两种模式，故变压器在设计时较困难，反复调整次数较顺向式多，迭代过程较复杂。Flyback工作原理单端反激式变换器a）VT导通期间maxmin)(PPonPinonPIItLUtib）VT关断期间)()(2max22onoSttLUITi)(20max2onPPttLUINN)

4、()(20min2onPonPinPttLUItLUNNFlyback工作原理1. 磁通连续的工作状况max22:iULtIFooff)()(20min22onPonPinPttLUItLUNNinUUUTtDnUDDUttNNUinSontinttinoffonP00201)11(102tintintinPinceDUDUDUUNNUVPKoPPKITPLILI 2min221212122minPoffLSoninPLtnRTtUIFlyback工作原理2. 磁通临界工作状况max22:iULtIFooff)()(2022ononPinPttLUtLUNNinUUUTtDnUDDUttNNU

5、inSontinttinoffonP00201)11(102tintintinPinceDUDUDUUNNUVntTITnDIUDPLtUIonSStintPthoninPK)(2)1 (22000Flyback工作原理3. 磁通不连续的工作状况max22:iULtIFooff)()(2022ononPinPttLUtLUNNi02UNNUVPinceintPthoninPKUDPLtUI02onontPSoninpinStPinSLTtUtdtLUTdtiUTP022201211ttSondtiUTP2001PSoninttononPPSLTtUttdttLUINNTUon2)()(22)(

6、020max20PSLoninLTRtUU20Flyback电路分析和测试要点1. 输入部分输入部分输入部分主要由EMI元件构成。D8/D10为MOV，主要作用是吸收差模Surge等瞬间高电压脉冲干扰信号；NTC1为负温度系数热敏电阻，降低Inrush电流对桥堆的冲击；C1为差模滤波X2电容（脉冲电压峰值2.5kV ）；R1/R2为安规泄放电阻，需满足RC5KV）；R10为驱动电阻，用于调节开关损耗；R12为驱动下拉电阻，抑制驱动干扰；R15/R16/R18为OCP检测电阻；R14/C8组成RC滤波网络，防止OCP误动作。关键测试点：Q1之Vds/Vgs/Id/Tj，D6反向电压应力Vr和Tj

7、，C7温升Tc和纹波电流。测试条件：开关机瞬态，AC打火，Surge测试，输出OLP，输出短路，Dynamic Load。Flyback电路分析和测试要点4. 输出整流滤波电路输出整流滤波电路由输出整流肖特基二极管和滤波电容/电感组成。R17/C14为RC滤波线路，用于在D7/D9截止工作时平滑尖峰信号，改善EMI和D7/D9反向电压应力作用；R24为假负载，用于改善间歇振荡现象；LG2为共模滤波电感。关键测试点：D7/D9正向导通电流Ifav、反向电压应力Vr、结温Tj，C9/C10纹波电流和Tc。测试条件：开关机瞬态，AC打火，Surge测试，输出OLP，输出短路，Dynamic Load

8、。Flyback电路分析和测试要点5. 反馈回路反馈回路反馈电路由AZ431和光耦构成。输出电压通过集成稳压器AZ431和光电耦合器反馈到PWM控制IC的FB脚，调节R1、 R2的分压比可设定和调节输出电压，达到较高的稳压精度。Uo=2.5V*(R22+R23)/R23光耦传输比：CTR=IC/ IF100%H(s)= - ( R21+1/C11s) / R23R19/R20分别为上拉/下拉偏置电阻；R21/C11组成极零点补偿网络，通过调节R值或C值可以调节频带增益。一般增益要求-14dB，相位要求45deg。Flyback电路分析和测试要点6. PWM控制电路控制电路PWM芯片为On-br

9、ight OB2263R6/R7是启动电阻，C5是储能电容，C4是高频滤波电容，D5是整流二极管，R9是限流电阻。AC电源接入时，Vbulk通过R6/R7对C5充电，当VccUVLO(off):14V时，IC启动工作，电源输出直流电信号，Vcc通过T1绕组提供。Vcc振荡频率由R8决定，一般取100K ohmFosc=6500/RI(Kohm) （KHz）导通占空比由sense和FB共同确定OLP：VfbVth_pl:3.7VOCP：VsenseVth_oc:0.75VOVP：VfbVth_0d:0.75VUVP：Vcc2.5kV 4.0kV X2 2.5kV X3 1.2kV Y电容主要用于

10、抑制共模干扰安全等级 额定电压 耐压等级Y1 250V 8 kVY2 150V 250V 5 kVY3 150V 250V 2.5KV 5KV Y4 150V Irush，本例整流管为IN4007，其浪涌电流规格为30A/8.3ms（I2*t=7.47A2*S）。实际浪涌电流持续约1.375ms（t=5RC）,实际允许的IrushNP2 NP2 otherwiseFlyback电路设计8. 反激变压器的设计反激变压器的设计反推验证Dmax：espkpeidcABILNPfAuDUNP21maxminmaxmaxmin1DVUDUnfodcfosfbccfbVUNVVN)(fodcfoVUnUV

11、UnDminmaxFlyback电路设计9. MOS管的选取管的选取MOS管的耐压选择：MOS管的耐电流选择：IdrmsIpkMOS的导通损耗计算：Psw=Idrms2*RdsVVUNNUVPdcce2 .4636 .12737502maxFlyback电路设计10. 次级整流肖特基次级整流肖特基二极管的热损耗包括正向导通损耗、反向漏电流损耗及恢复损耗。因为选用的是肖特基二极管，反向恢复时间短和漏电流比较小，可忽略不记。二极管的耐压：Vr=Uo+Uinmax/n=67V二极管的结温：Tj=Rthjc*Vf*Id_rms+TaTa为工作的环境温度Tj为二极管工作温度理论值Vf表示二极管的正向导通压降Id_rms表示通过二极管的平均电流Rthjc为二极管的PN结对环境的热阻Flyback电路设计11. 次级滤波电容次级滤波电容滤波电容可