FSR原邊反饋反激式變換器及原理

2024/5/151Primary

side

regulated

flybackAC-DC2024/5/152PSR技術1、PSR技術簡介

1.1傳統(tǒng)的次級端反饋的缺點

1.2PSR技術的優(yōu)點

1.3PSR的應用2、PSR技術的原理

2.1flyback變換器的原理

2.2如何在原邊檢測輸出電壓Vo和輸出電流Io

2.3PSR實現(xiàn)恒壓和恒流的原理2.4PSR恒壓功能和恒流功能之間如何實現(xiàn)切換3、PSR的關鍵技術問題2024/5/1531、PSR技術簡介采用傳統(tǒng)次級端調節(jié)反激式轉換器1.1傳統(tǒng)的次級端反饋的缺點恒流控制恒壓控制2024/5/154采用傳統(tǒng)次級端調節(jié)反激式轉換器此方案可提供精確的電壓、電流控制，但缺點是：（1）組件數(shù)目較多，電路板空間，成本，可靠性（2）采樣電阻Ro增加功耗，效率（3）光耦合器不能工作于高溫環(huán)境下(Currenttransferratiodegradationduetotemperaturerises)（4）光耦合器存在一個低頻極點（20-30kHz）thislowfrequencypolecomplicatesthefeedbackloopdesignandlimitsthecrossoverfrequency

2024/5/155PSR（Primary-Side-Regulation）：

原邊調制1.2PSR技術的優(yōu)點在變壓器原邊檢測輸出信息消除了次級的采樣電路無須使用TL431和光耦合器減少組件數(shù)目，降低了整體電路的復雜性更為高效和優(yōu)化2024/5/156PSR的典型輸出特性曲線PSR反激式變換器的典型輸出V-I特性2024/5/157筆記本、手機、數(shù)碼相機等數(shù)碼產品的鋰電子電池的充電器計算機（PC）的輔助電源LED驅動1.3PSR的應用2024/5/1582、PSR技術的原理2.1flyback變換器的基本原理Flyback變換器的原理圖2024/5/159DCM模式下的電壓、電流波形Flyback變換器的原理圖開關管M導通時：原邊電流線性增加，斜率為能量儲存在原邊開關管M截止時：副邊電流線性減小，斜率為能量從原邊傳遞到副邊2024/5/15102.2如何在原邊獲取Vo、Io的信息Io的信息反映在原邊峰值電流Ipk2024/5/15112.2如何在原邊獲取Vo、Io的信息Vo的信息反映在原邊繞組電壓VD-VIN以及輔助繞組電壓VA上副邊電流為0時原邊繞組電壓輔助繞組電壓2024/5/15122.2如何在原邊獲取Vo、Io的信息原邊繞組電壓如果在原邊繞組檢測Vo的信息，則需要高壓檢測電路，并且會受原邊漏感耦合噪聲的影響所以一般是通過輔助繞組檢測Vo的信息2024/5/15132.2如何在原邊獲取Vo、Io的信息Vo的信息反映在

原邊輔助繞組電壓VAIo的信息反映在

原邊峰值電流Ipk能在原邊檢測

Vo、Io的信息2024/5/15142.3PSR實現(xiàn)恒壓、恒流的原理2.3.1恒壓（CV）原理PSR的輸出電壓PFM方式：PWM方式：保持不變，檢測調整保持不變調整開關頻率不固定開關頻率固定兩種恒

壓方式根據2024/5/15152.3.1.1PWM恒壓（CV）原理PSR的輸出電壓確定調整調整Vo恒定確定調整Vo恒定調整保持不變開關頻率固定2024/5/1516PWM方式恒壓原理圖2024/5/1517CV：其他條件不變，RL變化時的調整過程2024/5/1518CV：其他條件不變，VIN變化時的調整過程2024/5/1519PWM恒壓（CV)模式下，在最小并且滿載時PSR的輸出電壓導通時間達到最大值消磁時間達到最大值滿載時最小不變，，導通時間達到最大值滿載時最小不變，，達到最大值最小達到最大值達到最大值2024/5/1520PWM恒壓（CV)模式下，在最小并且滿載時導通時間ton達到最大值消磁時間達到最大值2024/5/15212.3.1.2PFM恒壓（CV）原理PSR的輸出電壓保持不變開關頻率不固定負反饋2024/5/1522PFM恒壓（CV）調整過程2024/5/15232.3.2恒流（CC）原理PSR的輸出電流固定時維持不變實現(xiàn)恒流兩種恒

流方式PFM方式：PWM方式：保持不變，檢測調整保持不變調整使其不變開關頻率不固定開關頻率固定2024/5/1524PFM方式恒流原理圖保持不變，檢測調整開關頻率不固定Ipk固定，檢測出Vo相當于檢測出2024/5/1525PFM方式恒流調整過程2024/5/1526PWM方式恒流原理圖保持不變調整使其不變開關頻率固定實現(xiàn)方式有多種實現(xiàn)方式1實現(xiàn)2024/5/1527實現(xiàn)方式1的恒流調整過程2024/5/1528PWM恒流實現(xiàn)方式2原理圖保持不變調整使其不變實現(xiàn)方式2（見專利US2008/0112193)開關頻率固定根據第n-1個周期的消磁時間確定第n個周期的原邊峰值電流2024/5/1529實現(xiàn)方式2的恒流調整過程2024/5/1530PWM恒流實現(xiàn)方式3原理圖保持不變調整使其不變實現(xiàn)方式3（見專利US7505287)開關頻率固定根據第n-1個周期的消磁時間以及輸入電壓確定第n個周期的導通時間2024/5/1531實現(xiàn)方式3的恒流調整過程輸入Vin不變，負載變化時：負載不變，輸入Vin變化時：2024/5/15322.4PSR恒壓功能和恒流功能之間如何實現(xiàn)切換以一個具體的PSR為例說明恒壓和恒流之間的切換過程恒壓（CV）PWM方式恒流（CC）PFM方式具有CV和CC功能的PSR（PWM方式實現(xiàn)恒壓；PFM方式實現(xiàn)恒流）恒壓恒流？2024/5/1533恒壓（CV）時實際起作用的電路部分恒壓（CV）時沒有起作用OSC根據輸出電壓Vo調整脈沖的頻率；CV時Vo不變，所以OSC輸出頻率固定的脈沖信號（PWM恒壓原理可參考2.3.1.1小節(jié)）PSR恒壓工作（CV）時功率管M的關閉由比較器1決定PSR工作在PWM方式恒壓2024/5/1534恒流（CC）時不起實際作用恒流（CC）時起實際作用OSC根據輸出電壓Vo調整脈沖的頻率；CC時Vo變化，OSC根據采樣到的Vo信息調整輸出脈沖的頻率（PFM恒流原理可參考2.3.2小節(jié)）PSR恒流工作（CC）時功率管M的關閉由比較器2決定PSR工作在PFM方式恒流2024/5/1535RL減?。ㄘ撦d加重）開始由CV向CC切換PWM方式的CV向PFC方式的CC的切換過程2024/5/15363、PSR的關鍵技術問題

（1）芯片的低啟動電流和較大的UVLO滯回窗口（2）EMI問題

（3）輕載時的效率(4)前沿消隱

（5）如何在原邊精確檢測副邊的消磁時間

（6）如何在原邊精確檢測輸出電壓Vo

（7）對輸出整流二極管D的溫度補償(8)zero-voltageswitching

2024/5/1537（1）低啟動電流，較大的UVLO窗口齊納二極管（Zener）串聯(lián)，施密特觸發(fā)器實現(xiàn)滯回窗口VDD達到開啟閾值POR信號打開模擬電源供電和數(shù)字電源供電VDD未達到開啟閾值POR信號關閉模擬電源供電和數(shù)字電源供電低啟動電流2024/5/1538（2）EMI問題跳頻技術（frequencyhopping）通過將能量分散到比EMI測試儀帶寬更廣闊的范圍，從而實現(xiàn)降低EMIEMI：電磁干擾危害：干擾電網，高頻輻射，降低效率解決辦法：跳頻（frequencyhopping）2024/5/1539（3）輕載時的效率

輕載時開關損耗增大，效率降低降頻，減小開關損耗，提高效率2024/5/1540（4）前沿消隱（LEB）開關管導通瞬間存在電流尖峰可能導致芯片誤操作電流比較器在開關導通后的一小段時間不工作，避免誤操作設計前沿消隱電路（LeadEdgeBlank）2024/5/1541（5）檢測副邊的消磁時間副邊電流的過零點輔助繞組振鈴電壓的過零點轉化檢測消磁時間的重要性2024/5/1542（6）如何在原邊檢測輸出電壓Vo輸出整流二極管D的非線性次級端存在寄生電阻R引起的IR壓降在原邊精確檢測輸出電壓Vo很困難副邊消磁完畢時電流為0，輸出整流二極管的正向電壓Vf和寄生電阻的IR壓降都為0副邊繞組的電壓就等于輸出電壓Vo，Vo耦合到原邊就可以在原邊精確檢測到輸出電壓2024/5/1543（7）對輸出整流二極管D的溫度補償沒有溫度補償時：隨著T的增加而減小，則Vo隨T