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行业知识

聊一聊电源内部是怎么工作的

作者:薹戈电子点击:342 发布时间:2023-06-05

我们在电源设计及调试过程中,当碰到问题的时候,应该将自己的思想进入电源内部,以自己如果是电源控制部分,碰到这样的问题该如何解决。也就是站在对方的角度考虑问题。这次我们就以普通反激为例,以最常用的384x系列ic做蓝本,来看看一个普通的反激电路是如何启动发出脉冲传递能量及最终达到稳压,及碰到扰动后又是如何自动调整的。

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1.电源是如何启动的

对于一个利用384X做的反激电源来说,采用额外的VCC供电一般来说是不现实的,电源的启动是通过启动电容及启动电阻来实现,从VCC接一个电阻到整流后的输入母线,我称呼为启动电阻,从VCC接一个电容到底称之为启动电容。

一般来说,流过启动电阻的电流应该保证在输入电压最低的情况下,电流在0.5mA以上(当然电流越大,电源启动速度越快,但相应的电阻的损耗越大)。

在启动的时候,IC要注意两个电压点,一个叫启动电压,一个叫截止电压,对于42、44来说,启动电压是16V,截止电压是10V,在IC启动之前并不耗电,那么流过启动电阻的电流会给启动电容充电,启动电容电压会慢慢升高。当电容电压达到IC启动电压的时候,IC开始启动输出脉冲。电路开始工作了。

当IC开始工作后,流过启动电阻的电流是无法满足IC的工作需要的,多余的能量就由启动电容来提供,电容电压开始逐渐降低,当电容电压降低到IC截止电压的时候,IC停止工作了,所以在电容上电压降低到IC截止电压之前,必须有别的回路来提供IC工作需要的电流,否则就会出现启动失败的现象。当IC启动失败后,IC不消耗电流,电容电压又逐渐升高。重复如此,这就是很多工程师多次提到的,VCC电压怎么是个三角波的情况。

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2.VCC不正常可以从以下几点来查找

(1) 是否增加了辅助供电绕组

(2) VCC绕组同名端是否正确

(3) 绕组匝数够不够

(4) 看看辅助绕组串联的电阻,是不是选的有点大,先短路试试再说

3.什么是打嗝

打嗝就是一直在通过启动电路给电容充电又放电的方式给你的PWM芯片供电,辅绕组的电压一直起不来。

4.启动后如何工作

当启动电容上的电压达到IC的工作电压的时候,IC开始工作,发出第一个驱动脉冲。

第一个驱动脉冲的占空比是多少啊,相信很多网友都问过,我也不知道我也没关心过,但我想如果没有软启动的话,第一个占空比应该是最大占空比吧,毕竟这个时候环路是开环的。但如果IC内部还有别的限制,那就不知道了,不过,第一个占空比是多少对我们来说到底有多大意义呢,我又不去研发做IC。

当驱动脉冲发出来后,MOS管导通,变压器两端电压变成母线电压,变压器看做电感,电感量为变压器初级电感值,电感两端电压为VIN,持续时间为DT,那么电感电流在MOS管关闭之前为VDT/L,电感储存的能量就不说了,不会的问哈。

当MOS管关闭的时候,电感储存的能量的找一个通路泄放出去,否则只能自爆(击穿空气拉弧)有两个回路,一个是击穿MOS管,通过输入泄放,一个是通过输出二极管整流后给输出电容充电,如果你的电路选择了第一条通路,恭喜你,电路参数选择错误。不过在第一个脉冲出现的时候,这个现象好像不会发生,因为副边输出还没有电压,副边相当于短路呢。所以能量只能通过整流二极管后给输出电容充电,提高输出电压。

如果滤波电容选择的很小,也就是0.5LII大于0.5CUU,那么第一个周期电感储存的能量就足以将输出滤波电容电压抬高到设计输出电压之上,电路闭环了。。。。当然我们一般来说反激的输出滤波电容都选择的比较大,第一个开通周期变压器储存的能量应该不足以充满输出电容。(这里没算过,估计的)。

5.RT/CT的作用

我们设置的RT、CT,实际就是设置充电放电时间,也就是频率,通过RT给电容充电,充电时间就是导通时间,CT电压达到一个设定值后,比较器(管他是什么,反正就是这个意思)翻转,有一个恒流源给CT放电,CT放电时间是死区。

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6.负载调节,电源的动作

突然增加负载的时候,电路是没有反应的,也就是传递到副边的能量在增加负载的瞬间是没有变化的,但负载消耗的能量增大,会发生什么情况?只有输出电压降低,电路监测到输出电压降低,才会有动作。

7.电源是咋了,带载能力有点弱哎

前面提到,如果第一个脉冲周期,变压器传递到副边的能量就足以让输出电压达到设定值,环路闭环。那么折算到辅助辅助绕组去的电压也足以维持ic的工作,这样就不用再担心启动电容储存的能量够不够电源启动的问题了。但在正常情况下,一个周期变压器储存的能量并不足以让输出电压提高到设定值,那么就需要多个周期能量的传递。每个周期输出电压提高一点直到达到设定值。但要注意在输出电压达到设定电压前自举电容可要坚挺住啊,要是支撑不住就又启动失败,就会出现前面所说的情况了。

从上面的描述我们可以看出,如果输出电容比较大,或者输出带重载的情况下,电源越难启动,相信有很多有经验的工程师也碰到过,为什么我的电源,空载输出电压稳定而带载输出就一跳一跳的呢?遇到这种现象,我一般先建议加大输出电容试试,如果加大还不起作用,然后再找别的问题。

8.什么是次谐波震荡

在实用开关电源设计里,对于次谐波震荡是这样描述的:在电流控制模式下,当电流达到一定程度(由误差放大器输出决定)时,开关关断,如果占空比超过50%,电感电流的上升时间就大于整个周期的50%,那么电流下降时间久小于一个周期的50%,在较短的时间内,电感电流还没有来得及回到静态初始值,下个周期就开始了,下一个周期的初始电流变大,在接下来的周期里,电感电流就很快上升到参考点,使导通时间变短,占空比变窄,这个周期的占空比减小到50%以内,但这样又导致关断是时间太长,下一个周期的电流初始值太小,导致下一个周期的占空比再次超过50%。周而复始就出现一个过大及过小周期的震荡,这就叫次斜坡震荡。

次斜坡震荡只在电流型控制中出现,增加斜坡补偿就是使电流型控制向电压型控制转变。

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