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總結(jié)：開關(guān)電源調(diào)試時(shí)最常見的10大問題及解決方法

發(fā)布時(shí)間：2018-12-06 責(zé)任編輯：xueqi

【導(dǎo)讀】做為工程師的你是否知道開關(guān)電源調(diào)試時(shí)最常見的10個(gè)問題呢？以下將詳細(xì)分析開關(guān)電源調(diào)試時(shí)，變壓器飽和、Vds過高、IC 溫度過高等常見問題，并且還附上對(duì)應(yīng)的解決方法。

1 變壓器飽和

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)，電流的峰值無法預(yù)知及控制，可能導(dǎo)致電流過應(yīng)力和因此而產(chǎn)生的開關(guān)管過壓而損壞。

變壓器飽和時(shí)的電流波形

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)，使通過變壓器的電流包絡(luò)更緩慢上升。

2 Vds過高

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。

3 IC 溫度過高

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。

4 空載、輕載不能啟動(dòng)

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。

5 啟動(dòng)后不能加重載

原因及解決辦法：

1）Vcc在重載時(shí)過高

重載時(shí)，Vcc繞組感應(yīng)電壓較高,使Vcc過高并達(dá)到IC的OVP點(diǎn)時(shí)，將觸發(fā)IC的過壓保護(hù)，引起無輸出。如果電壓進(jìn)一步升高，超過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。

6 待機(jī)輸入功率大

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)輸入功率過高，輸出紋波過大。

原因：

輸入功率過高的原因是，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)損耗過大。

解決辦法：

調(diào)節(jié)反饋參數(shù)，使得反饋速度降低。

7 短路功率過大

現(xiàn)象：

輸出短路時(shí)，輸入功率太大，Vds過高。

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大的開關(guān)管電流在漏感上存儲(chǔ)過大的能量，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。

8 空載，輕載輸出紋波過大

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。

9 重載、容性負(fù)載不能啟動(dòng)

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?/div>

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?？刂芕fb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，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。

注意點(diǎn)：

1）增加反饋腳電容(包括穩(wěn)壓管串電容)，對(duì)解決超大容性負(fù)載問題作用較?。?/div>

2）增大峰值電流限流點(diǎn)I_limit，同時(shí)也增加了穩(wěn)態(tài)下的OCP點(diǎn)。需要在容性負(fù)載，輸入最低情況下檢查變壓器是否會(huì)飽和；

3）如果要保持限流點(diǎn)，須使R10×C11更大，但在超大容性負(fù)載(10000uF)情況下，可能會(huì)增加5Vsb的上升時(shí)間超過20mS，此法需要檢查動(dòng)態(tài)響應(yīng)是否受太大影響；

4）431的偏置電阻R10太小，431并聯(lián)的C11要更大；

5）為了保證上升時(shí)間，增大OCP點(diǎn)和增大R10×C11方法可能要同時(shí)使用。

10 空載、輕載輸出反跳

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。