开关电源-原边反馈技术(绝对实用)PPT

1、2020/6/22,1,电源高级：原边反馈技术,V1.1,2020/6/22,2,概要,PSR简介 PSR的输出检测方法 PSR特有的问题,2020/6/22,3,原边反馈（PSR）简介,在小功率消费类电子应用中，反激式电源是主流，因为反激式电源非常适合小功率段，同时天然提供了隔离的效果。 隔离后，如果要检测输出的情况，需要用隔离元件，比如光耦等，这样就增加了电源的成本，光耦本身的寿命也会成为电源的瓶颈，基于此，开发出了原边反馈技术。 原边反馈不从输出直接采样，而是从初级线圈采样，通过初级线圈的情况来计算次级线圈的情况，进一步推算输出的情况。 部分信息难以从初级线圈直接得到，因此通常还使用一个

2、辅助线圈，辅助线圈和初级线圈共地，和次级隔离。,初级线圈,次级线圈,辅助线圈,2020/6/22,4,辅助线圈的用途,增加辅助线圈会增加成本和复杂度，因此，最好能让辅助线圈完成更多的工作，一般辅助线圈都同时做2件事情： 反映初级线圈和次级线圈的情况，辅助线圈通过电阻分压，将原边和副边的电压情况反映在VSES点，此时辅助线圈和原边/副边构成变压器。 和初级线圈形成一个反激结构，给IC供电，由于反激结构本身无法恒压，因此要加一个限压的二极管。 供电结构只是一个附带的功能，很多时候是没有的，IC由其他电路供电。,IC,VSES,VCC,2020/6/22,5,不使用辅助线圈是否可行,如果不要求辅助线

3、圈供电，那么是否可以用其他检测方法，比如在初级线圈上检测来做原边反馈？ 理论上是可行的，思路如下： 在初级线圈上并联一个高阻支路，对初级线圈进行采样，同时提供TOFF期间初级线圈的回路。 考虑到检测电压必须为正，因此有两种基本形式，如下图：,VSES_ON,VSES_OFF,VSES_OFF,全周期检测,MOS关闭期间检测,2020/6/22,6,检查输出信息的方法,原边反馈不能得到所有的输出信息，但可以得到较多的输出信息。 不能得到输出电流信息，但可以得到初级的电流信息。 不能直接得到输出电压信息，可以通过辅助绕组来得到输出电压信息。,IL,ISES,G,VD,VSES,ID,ID,ISES

4、,IL,VD,G,VSES,2020/6/22,7,可检测性,电感两端电压太高，检测IL和VD很困难，通过ISES和VSES检测； 考虑到隔离要求，次级电流和输出电压不能直接检测，只能通过其他值计算出来。,2020/6/22,8,概要,PSR简介 PSR的输出检测方法 PSR特有的问题,2020/6/22,9,PSR输出电压计算,MOS管关断后，变压器中储存的能量都由次级和辅助线圈释放出来，次级线圈和辅助线圈形成变压器，此时VSES上的电压为： VD和次级线圈的电流有关，电流越小，VD越小，电流为0时，VD为0。 因此，在去磁点时刻，VO电压为：,VSES,VD,VO,VSND,去磁点时刻，次

5、级线圈和辅助线圈电流为0，VD为0,VSES,2020/6/22,10,膝电压的定义,当流过次级二极管的电流为0后，变压器退磁，此时VD比VIN高一个反射电压，初级电感和寄生电容形成的LC电路开始震荡，初级电感上的电压将从VD-VIN开始，以正弦方式往下降。 这样，在VSES上看到的电压将呈现出一个膝盖状，因此，将退磁点电压称为膝电压。 因为正弦起始点处的斜率为-1，膝电压就是电压斜率从负载消耗导致的斜率变化到-1的时刻的电压。,VSES,膝电压,2020/6/22,11,T,TON,TOFF,TDEAD,PSR输出电流计算,MOS管关断后，变压器中储存的能量都由次级和辅助线圈释放出来，此时次

6、级的平均电流为： ISND_PK无法直接测到，只能由ISES_PK近似换算得到： TOFF的测量也依赖于膝电压的时刻，但是需要的不是电压值，而是膝点的时刻。,ISND_PK,IPK_SES,IOUT_AV,ISES_PK,2020/6/22,12,电流和电压检测的共同点,共同之处就是都需要检测到膝点。 对于电流来说，检测到膝点，然后根据膝点和开关管断开的时刻计算出TOFF，加上ISES的电流，就能算出平均输出电流。 对于电压来说，需要检测到膝点的电压，具体的方法就是检测到膝点，然后看当前时刻VSES上的电压，从而根据匝比得出当前时刻的输出电压。,2020/6/22,13,膝点检测算法,有2种检

7、测方法，一种是从前往后检测，另一种就是从后往前检测。 从前往后检测，是通过延迟，或者是斜率转变的方法来找到膝点的时刻。 从后往前检测，是利用膝点后谐振频率固定的特点，从过零点反推膝点的位置。,延迟法,斜率法,谐振法,T/2,T/4,TOFF,TDEAD,2020/6/22,14,各方法对比,延迟法，从TOFF开始，延迟一段时间，检测VSES。 这个方法可想而知是非常不精确的，因为TOFF的时间变化很大。 检测斜率法，检测VSES的斜率，通过波形分析算法找出膝点。 这个方法只有在TOFF区间的斜率和TDEAD区间的斜率存在明显差别时才管用，而且由于在TDEAD区间，振荡是呈正弦曲线，膝点处不存在

8、斜率转折，必须依靠某种算法来推算出膝点。 谐振反推法，膝点后，初级电感的谐振会传到辅助线圈，检测辅助线圈的过零点可以得知谐振频率，用过零点的时刻减掉1/4周期，就是膝点。 这个方法用于测时间恒流还是比较简单的，用于恒压时必须将电压的检测转变为时间的检测。,2020/6/22,15,谐振反推法实现恒压,谐振后，检测次级线圈的过零点就能得知谐振周期，因此，当输出电压恰好等于参考电压时，VSES和VREF的交点到过零点的时间TFB也应该恰好等于1/4谐振周期TR。如果TFB比TR/4大，说明输出电压较低，以至于VSES和VREF的交点提前了，反之，如果TFB比TR/4小，说明输出电压较高，以至于VS

9、ES和VREF的交点推迟了。 VZC表示过零点阈值，并不是0V，通常为一个非常小的电压，比如0.125V之类的,VREF,VZC,TR/4,TR/2,TR/4,满载，和满载-空载两种极端情况。 真实情况下，并不是每次都是满载，但如果能支持满载-空载切换，必然可以支持其他切换。 空-满的切换会导致输出跌落，满-空的切换会导致输出过冲，要避免这两种情况，必须使用非线性控制，IC检测到热插拔后，立即调整控制策略。,热插,热拔,2020/6/22,21,热拔,如果在TOFF区间，也就是次级输出时热拔，相当于次级的负载阻抗突然升高，此时会有个小的电压突变，随后所有的能量会在电容上聚集，输出电压将升高。

10、如果在非TOFF区间热拔，除了看不到小的电压突变，导致的最终结果和前面是没有区别的。,此处输出空载,此区间输出空载,2020/6/22,22,假负载,如果不能保证每次都能检测到且能处理好热拔，就必须在输出上加上假负载或稳压管，让其能承担泄放工作。 假负载一般使用电阻，电阻值要小心选取，过大了泄放效果不好，过小又制造大功耗。,负载,假负载,负载,稳压管,2020/6/22,23,热插和短路判断,热插时，负载突然变小，输出电压会跌落，电源需要输出更多的能量到次级，但是要区分热插和短路。 不光要区分热插和短路，在任何时候都需要判断是否短路。 短路时，TOFF时间会变得很短，可以通过检查TOFF开始到

11、VSES过零点的时间来判断，或者通过TOFF区间的斜率来判断。 如果输出不在TOFF期间发生短路，就得等到下一个TOFF才能检测到，在短路后，输出电容会有很大的电流，这个大电流如果持续时间过长，导致电容温升，会对电容的寿命会有一定的影响，所以能尽早的检测TOFF是很重要的。 假设需要一两个周期才能检测到短路，是否会对电容寿命产生不利影响，这个目前不清楚。,2020/6/22,24,区分热插，短路，开机,这3者都表现为输出要吸收大量能量，但三者的处理方法却不能相同。 热插需要稳压，减少跌落的幅度和持续时间，短路需要识别到，并采取保护措施，而开机则需要控制输出平稳的增加。 这三者主要的区别有： 初始状态的不同，热插的初始状态为空载，短路的初始状态为任意，开机的初始状态为初始态。 对输出的影响不同，由于开机的初始态输出为0，开机后输出表现为增加，另外两者都表现为减少，所以热插和短路的区