原边反馈反激式变换器课件.ppt
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1、Primary side regulated flyback AC-DC,2019/8/7,1,PSR,技术,1,、,PSR,技术简介,1.1,传统的次级端反馈的缺点,1.2 PSR,技术的优点,1.3 PSR,的应用,2,、,PSR,技术的原理,2.1 flyback,变换器的原理,2.2,如何在原边检测输出电压,Vo,和输出电流,Io,2.3 PSR,实现恒压和恒流的原理,2.4 PSR,恒压功能和恒流功能之间如何实现切换,3,、,PSR,的关键技术问题,2019/8/7,2,1,、,PSR,技术简介,1.1,传统的次级端反馈的缺点,恒流控制,恒压控制,采用传统次级端调节反激式转换器,20
2、19/8/7,3,采用传统次级端调节反激式转换器,此方案可提供精确的电压、电流控制,但缺点是:,(,1,)组件数目较多,,电路板空间,,,成本,,,可靠性,(,2,)采样电阻,Ro,增加功耗,,,效率,(,3,)光耦合器不能工作于高温环境下,(Current transfer ratio degradation due to temperature rises),(,4,)光耦合器存在一个低频极点(,20-30kHz,),this low frequency pole complicates the feedback loop design,2019/8/7,and limits the cr
3、ossover frequency,4,1.2 PSR,技术的优点,PSR,(,Primary-Side-Regulation,):,原边调制,在变压器原边检测输出信息,消除了次级的采样电路,无须使用,TL431,和光耦合器,减少组件数目,降低了整体电路的复杂性,2019/8/7,更为高效和优化,5,PSR,的典型输出特性曲线,V,O,CV,CC,I,O,PSR,反激式变换器的典型输出,V-I,2019/8/7,6,特性,1.3 PSR,的应用,?,笔记本、手机、数码相机等数码产品,的锂电子电池的充电器,?,计算机(,PC,)的辅助电源,?,LED,驱动,2019/8/7,7,2019/8/7
4、,2,、,PSR,技术的原理,2.1 flyback,变换器的基本原理,V,N,P,N,S,D,IN,T,V,0,i,P,L,P,L,R,S,i,C,L,0,S,M,t,on,t,off,Flyback,变换器的原理图,8,V,LP,原边绕组感应电压,0,?,1,V,IN,V,IN,N,P,T,N,S,D,功率管漏源电压,V,0,N,P,V,O,N,S,N,V,IN,?,P,V,O,N,S,V,IN,i,P,L,P,L,R,L,S,i,C,0,S,M,t,on,t,off,Flyback,变换器的原理图,开关管,M,导通时:,原边电流线性增加,斜率为,V,IN,能量储存在原边,L,P,开关管,
5、M,截止时:,副边电流线性减小,斜率为,能量从原边传递到副边,?,V,O,L,S,2019/8/7,0,斜率为,V,IN,原边绕组电流,i,p,2,i,p,2,i,p,2,L,P,0,副边绕组电流,i,斜率为,?,V,O,S,2,i,S,2,L,S,0,t,on,t,off,DCM,模式下的电压、电流波形,P,L,2,P,i,PK,L,P,V,IN,V,2,t,2,IN,?,E,/,T,?,2,T,?,2,T,(,L,t,on,),2,?,IN,on,P,2,TL,P,V,2,P,O,O,?,R,L,V,?,V,?,t,R,L,P,O,IN,on,?,IN,?,P,O,2,TL,P,9,2.2
6、,如何在原边获取,Vo,、,Io,的信息,V,IN,I,P,I,S,?,I,D,V,F,V,O,I,O,N,P,V,D,N,S,I,P,R,L,假设所有元件都是理想的,I,pk,I,pk,M,N,A,V,A,I,S,I,D,pk,I,D,pk,R,S,V,D,V,IN,N,P,V,O,N,S,I,O,?,I,D,avg,I,D,pk,N,P,?,I,pk,N,S,I,D,avg,?,I,D,pk,?,t,D,2,t,S,t,D,N,P,I,O,?,I,pk,2,t,S,N,S,V,A,N,A,V,O,N,S,t,D,Io,的信息反映在原边峰值电流,Ipk,t,S,10,2019/8/7,2.2
7、,如何在原边获取,Vo,、,Io,的信息,V,IN,I,P,I,S,?,I,D,V,F,V,O,I,O,N,P,V,D,N,S,I,P,R,L,假设所有元件都是理想的,I,pk,I,pk,M,N,A,V,A,I,S,I,D,pk,I,D,pk,R,S,N,V,D,?,V,IN,?,P,(,V,O,?,V,F,),N,S,N,V,A,?,A,(,V,O,?,V,F,),N,S,原边绕组电压,V,D,N,P,?,V,O,N,S,V,IN,V,A,N,A,V,O,N,S,N,P,V,O,N,S,V,D,?,V,IN,?,副边电流为,0,时,V,F,?,0,辅助绕组电压,N,A,V,A,?,V,O,N
8、,S,t,D,2019/8/7,Vo,的信息反映在原边绕组电压,V,D,-V,IN,以及,辅助绕组电压,V,A,上,t,S,11,2.2,如何在原边获取,Vo,、,Io,的信息,V,IN,I,P,I,S,?,I,D,V,F,V,O,I,O,N,P,V,D,N,S,I,P,R,L,假设所有元件都是理想的,I,pk,I,pk,M,N,A,V,A,I,S,I,D,pk,I,D,pk,原边绕组电压,R,S,V,D,?,V,IN,?,N,P,?,V,O,N,S,如果在原边绕组检测,Vo,的信,息,则需要高压检测电路,,并且会受原边漏感耦合噪声,的影响,V,D,V,IN,V,A,N,A,V,O,N,S,N
9、,P,V,O,N,S,所以一般是通过辅助,绕组检测,Vo,的信息,N,A,V,A,?,V,O,N,S,t,D,t,S,2019/8/7,12,2.2,如何在原边获取,Vo,、,Io,的信息,V,IN,I,P,I,S,?,I,D,V,F,V,O,I,O,N,P,V,D,N,S,R,L,I,P,假设所有元件都是理想的,I,pk,I,pk,M,N,A,V,A,I,S,I,D,pk,I,D,pk,V,D,R,S,V,A,V,IN,N,A,V,O,N,S,N,P,V,O,N,S,N,V,A,?,A,V,O,N,S,Vo,的信息反映在,原边辅助绕组电压,V,A,Io,的信息反映在,原边峰值电流,Ipk,t
10、,D,t,S,t,D,N,P,I,O,?,I,pk,2,t,S,N,S,2019/8/7,能在原边检测,Vo,、,Io,的信息,13,2.3 PSR,实现恒压、恒流的原理,2.3.1,恒压(,CV,)原理,V,IN,?,t,on,R,L,R,L,PSR,的输出电压,V,O,?,V,IN,?,t,on,?,?,?,L,P,?,2,t,s,L,P,L,P,2,t,s,L,P,R,L,L,P,?,I,pk,?,2,t,s,R,保持,不变,检测,I,L,调整,S,PFM,方式:,pk,两种恒,压方式,开关频率不固定,PWM,方式:,保持,t,S,不变,开关频率固定,2019/8/7,14,t,根据,R
11、,L,调整,V,IN,?,t,on,2.3.1.1 PWM,恒压(,CV,)原理,保持,t,S,不变,开关频率固定,PSR,的输出电压,V,R,L,O,?,V,IN,?,t,on,?,2,t,s,L,P,R,IN,L,调整,t,on,t,S,确定,L,P,R,L,调整,t,on,R,V,IN,调整,L,t,t,on,S,确定,L,P,V,IN,调整,t,on,2019/8/7,Vo,恒定,Vo,恒定,15,V,PWM,方式恒压原理图,V,IN,L,P,L,S,V,O,VDD,M,给芯片供,电,通过辅助绕组,R,检测输出电压,S,Vo,的信息,比较器,V,采样,E,保持,V,V,ref,Q,R,
12、E,代表输出功,Q,率,Po,的大小,S,OSC,2019/8/7,16,CV,:其他条件不变,,RL,变化时的调整过程,未进行调整,CV,稳态,1,负载电阻,突变为,R2,(假如,R2R1),Vo,下降,调整过程,CV,V,E,调整后使得,t,on,稳态,2,负载电阻为,R1,输出电压为,V,O,1,输出功率为,P,O,1,t,on,?,R,L,不变,负载电阻为,R2,输出电压为,V,O,2,输出功率为,P,O,2,R,1,?,R,2,V,O,1,?,V,O,2,P,O,1,?,P,O,2,原边,电流,V,E,V,E,原边,电流,t,on,1,t,on,2,2019/8/7,17,CV,:其
13、他条件不变,,VIN,变化时的调整过程,V,未进行调整,E,调整过程,CV,原边电流斜率,CV,稳态,1,输入电压,突变为,V,V,E,不变,t,on,稳态,2,IN,2,输出恒压,Vo,输入电压为,V,V,输出恒压,Vo,IN,2,?,V,IN,1,IN,1,调整后使得,输入电压为,V,IN,2,负载电阻为,R,L,t,?,V,负载电阻为,on,IN,不变,R,L,V,IN,1,?,V,IN,2,t,on,1,?,t,on,2,P,O,1,?,P,O,2,V,E,原边,V,E,原边,电流,电流,t,on,1,t,on,2,2019/8/7,18,PWM,恒压(,CV),模式下,,在,V,最小
14、并且满载时,IN,t,on,达到最大值,导通时间,t,D,达到最大值,消磁时间,R,L,PSR,的输出电压,V,O,?,V,IN,?,t,on,?,2,t,s,L,P,R,L,最小,满载时,t,S,,,O,,,V,L,P,V,IN,最小,t,on,达到最大值,导通时间,不变,R,L,最小,满载时,t,S,,,O,,,V,L,P,V,IN,?,t,on,达到最大值,V,IN,?,t,on,I,pk,?,L,P,V,O,N,P,I,pk,?,t,D,N,S,L,S,不变,I,pk,达到最大值,t,D,达到最大值,2019/8/7,19,PWM,恒压(,CV),模式下,,在,V,最小并且满载时,IN
15、,导通时间,t,on,达到最大值,t,D,达到最大值,消磁时间,t,on,MAX,PWM,I,I,pk,max,P,I,S,t,D,max,PWM,CV,V,INMIN,Full,_,Load,2019/8/7,20,2.3.1.2 PFM,恒压(,CV,)原理,V,IN,V,O,保持,I,pk,不变,开关频率不固定,M,VDD,给芯片供,电,R,L,L,P,PSR,的输出电压,V,O,?,I,pk,?,2,t,s,通过辅助绕组,检测输出电压,Vo,的信息,R,L,R,S,原边的峰值,电流固定为,I,pk,?,V,lim,it,R,S,V,O,V,lim,it,负反馈,Q,R,S,Q,OSC,
16、根据检测到的,输出电压,Vo,调整开关管,的开关频率,fs,t,s,V,O,2019/8/7,21,PFM,恒压(,CV,)调整过程,未进行调整,CV,稳态,1,负载电阻,突变为,R2,(假如,R2R1),Vo,下降,调整过程,CV,R,L,t,S,稳态,2,负载电阻为,R1,输出电压为,V,O,1,输出功率为,P,O,1,调整后使得,R,L,不变,t,S,负载电阻为,R2,输出电压为,V,O,2,输出功率为,P,O,2,R,1,?,R,2,V,O,1,?,V,O,2,P,O,1,?,P,O,2,t,S,1,?,t,S,2,t,s,1,t,s,2,2019/8/7,22,2.3.2,恒流(,C
17、C,)原理,PSR,的输出电流,t,D,N,P,I,O,?,I,pk,N,P,N,固定时,S,PFM,方式:,两种恒,流方式,PWM,方式:,2019/8/7,2,t,S,N,S,维持,t,D,2,t,I,pk,不变,实现恒流,S,保持,I,pk,不变,检测,t,D,调整,t,S,开关频率不固定,保持,t,S,不变,调整,t,D,?,I,pk,使其不变,开关频率固定,23,PFM,方式恒流原理图,V,IN,V,O,保持,I,pk,不变,检测,t,D,调整,t,S,L,P,L,S,VDD,给芯片供,电,开关频率不固定,通过辅助绕组,检测输出电压,Vo,的信息,M,R,S,原边的峰值,电流固定为,
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