開關(guān)電源調(diào)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
本文主要講開關(guān)電源調(diào)試問(wèn)題有哪些，開關(guān)電源不同于線性電源，開關(guān)電源利用的切換晶體管多半是在全開模式（飽和區(qū)）及全閉模式（截止區(qū)）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(zhuǎn)換會(huì)有較高的耗散，但時(shí)間很短，因此比較節(jié)省能源，產(chǎn)生廢熱較少。
理想上，開關(guān)電源本身是不會(huì)消耗電能的。電壓穩(wěn)壓是透過(guò)調(diào)整晶體管導(dǎo)通及斷路的時(shí)間來(lái)達(dá)到。相反的，線性電源在產(chǎn)生輸出電壓的過(guò)程中，晶體管工作在放大區(qū)，本身也會(huì)消耗電能。開關(guān)電源的高轉(zhuǎn)換效率是其一大優(yōu)點(diǎn)，而且因?yàn)殚_關(guān)電源工作頻率高，可以使用小尺寸、輕重量的變壓器，因此開關(guān)電源也會(huì)比線性電源的尺寸要小，重量也會(huì)比較輕。
變壓器飽和現(xiàn)象
在高壓或低壓輸入下開機(jī)(包含輕載，重載，容性負(fù)載)，輸出短路，動(dòng)態(tài)負(fù)載，高溫等情況下，通過(guò)變壓器(和開關(guān)管)的電流呈非線性增長(zhǎng)，當(dāng)出現(xiàn)此現(xiàn)象時(shí)，電流的峰值無(wú)法預(yù)知及控制，可能導(dǎo)致電流過(guò)應(yīng)力和因此而產(chǎn)生的開關(guān)管過(guò)壓而損壞。
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(diǎn)比IC的最大限流點(diǎn)小；
4）沒(méi)有軟啟動(dòng)。
解決辦法：
1）降低IC的限流點(diǎn)；
2）加強(qiáng)軟啟動(dòng)，使通過(guò)變壓器的電流包絡(luò)更緩慢上升。
Vds的應(yīng)力要求：
最惡劣條件(最高輸入電壓，負(fù)載最大，環(huán)境溫度最高，電源啟動(dòng)或短路測(cè)試)下，Vds的最大值不應(yīng)超過(guò)額定規(guī)格的90%
Vds降低的辦法：
1）減小平臺(tái)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(guān)管開通是存儲(chǔ)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(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。
原因及解決辦法：
1）內(nèi)部的MOSFET損耗太大：
開關(guān)損耗太大，變壓器的寄生電容太大，造成MOSFET的開通、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(dǎo)到PCB及其上的銅箔，應(yīng)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(yīng)處于空氣流動(dòng)暢順的地方，應(yīng)遠(yuǎn)離零件溫度太高的零件。
現(xiàn)象：
空載、輕載不能啟動(dòng)，Vcc反復(fù)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(yīng)電壓太低，而進(jìn)入反復(fù)重啟動(dòng)狀態(tài)。
解決辦法：
增加Vcc繞組圈數(shù)，減小Vcc限流電阻，適當(dāng)加上假負(fù)載。如果增加Vcc繞組圈數(shù)，減小Vcc限流電阻后，重載時(shí)Vcc變得太高，請(qǐng)參照穩(wěn)定Vcc的辦法。
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(yīng)電壓較高,使Vcc過(guò)高并達(dá)到IC的OVP點(diǎn)時(shí)，將觸發(fā)IC的過(guò)壓保護(hù)，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(nèi)部限流被觸發(fā)
a.限流點(diǎn)太低
重載、容性負(fù)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(nèi)部限流保護(hù)。解決辦法是在不使變壓器飽和的前提下提高感量。
現(xiàn)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(fù)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(jí)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，開關(guān)次數(shù)太多，開關(guān)損耗過(guò)大。
解決辦法：
調(diào)節(jié)反饋參數(shù)，使得反饋速度降低。
現(xiàn)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(fù)脈沖多，同時(shí)開關(guān)管電流峰值很大，造成輸入功率太大過(guò)大的開關(guān)管電流在漏感上存儲(chǔ)過(guò)大的能量，開關(guān)管關(guān)斷時(shí)引起Vds高。
輸出短路時(shí)有兩種可能引起開關(guān)管停止工作：
1）觸發(fā)OCP這種方式可以使開關(guān)動(dòng)作立即停止
a.觸發(fā)反饋腳的OCP；
b.開關(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(nèi)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下限而停止開關(guān)動(dòng)作，而Vcc下降的時(shí)間較長(zhǎng)，即開關(guān)動(dòng)作維持較長(zhǎng)時(shí)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(guān)閉電壓；
c.開關(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(shù)，使輸出短路時(shí)觸發(fā)反饋腳的OCP，可以使開關(guān)動(dòng)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(shí)，反饋腳的電壓應(yīng)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。
現(xiàn)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(zhǎng)的間歇工作，短時(shí)間提供能量到輸出，接著停止工作較長(zhǎng)的時(shí)間，使得電容存儲(chǔ)的能量不足以維持輸出穩(wěn)定，輸出電壓將會(huì)下降。
解決方法：
保證任何負(fù)載條件下，Vcc能夠穩(wěn)定供給。
現(xiàn)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(wěn)定。
解決辦法：
在滿足待機(jī)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。
現(xiàn)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(fù)載情況下不能啟動(dòng)。
一般設(shè)計(jì)要求：
無(wú)論重載還是容性負(fù)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(fù)載C=10000uF為例進(jìn)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?/span>
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(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(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(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(zhǎng)Vfb的上升時(shí)間(到達(dá)OCP保護(hù)點(diǎn)前)。
對(duì)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。控制Vfb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(cè)Vfb達(dá)到Vsd(如6V)實(shí)現(xiàn)的。所以要降低Vfb斜率，就可以延長(zhǎng)Vfb的上升時(shí)間。
輸出電壓未達(dá)到正常值時(shí)，如果反饋腳電壓Vfb已經(jīng)上升到保護(hù)點(diǎn)，傳遞能量時(shí)間不夠。重載、容性負(fù)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(zhǎng)。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(shí)間內(nèi)上升到保護(hù)點(diǎn)(如6V)，MOSFET將關(guān)斷。輸出不能達(dá)到正常值，啟動(dòng)失敗。
解決辦法：
使輸出電壓達(dá)到正常值時(shí)，反饋腳電壓Vfb仍然小于保護(hù)點(diǎn)。使Vfb遠(yuǎn)離保護(hù)點(diǎn)而緩慢上升，或延長(zhǎng)反饋腳Vfb上升到保護(hù)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線變成A線。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方法有不足，將一個(gè)電容(C7)串連穩(wěn)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線所示，當(dāng)Vfb<3.3V時(shí)，穩(wěn)壓管不會(huì)導(dǎo)通，分流。上升3.3V時(shí)，穩(wěn)壓管進(jìn)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(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線所示。R10×C11影響充電時(shí)間，也就影響輸出的上升時(shí)間。
現(xiàn)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(xiàn)如下圖所示的電壓反跳的波形。
原因：
輸入關(guān)掉時(shí)，5V輸出將會(huì)下降，Vcc也跟著下降，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。
開關(guān)電源的工作條件
1、開關(guān)：電力電子器件工作在開關(guān)狀態(tài)而不是線性狀態(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：開關(guān)電源輸出的是直流而不是交流。
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