广告

Flyback原边反馈(PSR)及多重模式(QR+CCM)控制器之应用

2021-05-10 07:00:00 张伟群(Darron) 阅读:
LD5523E2设计应用于网通产品可减少组件数对应产品小型化设计且可容易替换副边反馈控制方案。

1. Flyback副边反馈(SSR)及原边反馈控制(PSR)背景说明

Flyback电路电压环反馈控制分为副边(SSR)及原边(PSR)反馈电路,图1为SSR副边反馈电路,采用AP431内部的参考电压2.5V搭配外部反馈补偿电路调整,图2为PSR原边反馈电路,采用初级IC FB pin内部参考电压2V并搭配comp pin反馈补偿电路调整。Ceuednc

PSR原边反馈控制特性Ceuednc

优点:电路组件少及成本优势适用于小型化设计Ceuednc

缺点:因电压反馈响应速度慢于动态负载,电压调整率相较SSR略差些Ceuednc

以PSR LD5523E2替换SSR LD5523说明Ceuednc

两套方案Pin-Pin可以直接替换,步骤说明如下Ceuednc

步骤1:移除二次侧431及光耦合器参考图1红圈Ceuednc

步骤2:Comp pin增加R C电路及输出加假负载参考图2红圈Ceuednc

Ceuednc

图1:LD5523 SSR原边反馈控制电路图Ceuednc

Ceuednc

图2:LD5523E2 PSR副边反馈控制电路图Ceuednc

2. Flyback SSRPSR功能及保护差异

表1说明SSR及PSR功能及保护差异Ceuednc

Ceuednc

表1:LD5523 SSR及LD5523E2 PSR功能对比表Ceuednc

3. PSR LD5523E2特点

  1. QR+CCM控制(Mulit-mode controller)

QR+CCM控制主要对应能效DOE6及COC2的规范,当负载条件10%-50%操作在QR模式波谷切换降低切换损失,负载条件75%-100%操作在CCM提升满载时的效率,相较于QR控制的方案,QR+CCM控制变压器可降低Bmax及提升利用率。Ceuednc

  1. CCM操作频率75KHZ(低压输入)及65KHZ(高压输入)

低压输入CCM频率75KHZ设计可降低变压器磁饱和,高压输入系统操作在QR时可降低切换损失提升效率Ceuednc

  1. 启动时调整Vcs_max限制变压器磁饱和(Adjustable start-up Vcs-max limit for Bsat)

当AC输入时初级的开关会提供最大的能量,使输出电压建立到设定的范围,此时为避免变压器有磁饱和的风险,调整CS pin串联电阻可以调整VCS_max level并限制能量。Ceuednc

  1. 低压输入输出电压纹波补偿功能(Output voltage ripple reduce at low line input voltage)

低压输入时,桥式整流后的高压电容之电压纹波会影响输出电压纹波,此电压纹波补偿主要是在高压电容电压在波谷时进行补偿达到降低输出纹波功能。Ceuednc

  1. OLP设计

SSR LD5523原边反馈OLP误差约为+/-20%Ceuednc

OLP误差参数:变压器电感+/-7%,电流检测电阻+/-1%,IC内部Vcs+/-4%,切换频率+/-8%Ceuednc

PSR LD5523E2副边反馈OLP误差约为+/-8%:Ceuednc

影响OLP误差参数:IC参数+/-7%及电阻+/-1%Ceuednc

4. LD5523E2功能应用说明

图3说明各Pin功能应用,以下功能为IC的特点说明其中保护功能包含输出过压保护(OVP),输出过载保护(OLP),副边二极管短路保护(SDCP)输入启动/输入欠压保护(AC Brown in/Brown out),过温度保护(CS OTP),波谷(QR)侦测等功能。Ceuednc

Ceuednc

图3:LD5523E2 IC Pin脚功能应用Ceuednc

4.1 FB Pin应用说明

4.1.1 输出电压及线补设定Ceuednc

输出电压调整设定如图4说明:FB pin依据VFB正半周总时间的40%为取样电压并已IC内部参考电压2V作比较,设计公式Vo=2×(1+(Ra/Rb))×(Ns/Na)-VF,设计需留意Vcc diode需采用快回复式的Trr<500nsCeuednc

输出电压线补设定:Ceuednc

输出电压线补设定如图5说明:IC依据满载(IRATED)及OLP(IOLP)设定线损补偿的电流(ILC)Ceuednc

设计公式Vo=(2+ILC×(Ra//Rb))×(1+Ra/Rb)×(Ns/Na)-VFCeuednc

案例说明:Ceuednc

参数设定变压器Np=69T,Na=12T,Ns=9T,FB pin Ra=200K,Rb=28K,IOLP=2.9A,IRATED=2A,VF=0.1Ceuednc

输出电压Vo=2×(1+(Ra/Rb))×(Ns/Na)-VF=2×(1+(200K/28K))×(9/12)-0.1=12.11VCeuednc

输出电压线补Vo=(2+ILC×(Ra//Rb))×(1+Ra/Rb)×(Ns/Na)-VF=(2.1×8.14×0.75)-0.1=12.7VCeuednc

Ceuednc

图4:输出电压调整设计Ceuednc

Ceuednc

图5:线损补偿电流(ILC)设计Ceuednc

4.1.2 AC Brown in/out,Buck OVP设定Ceuednc

当初级MOS导通时FB pin VFB为负半周时此电压为VDC×(Na/NP)。其中,VDC为高压电容电压,此负半周电压除以FB pin上偏电阻Ra所得到的电流IFB,当VDC电压越高表示输入电压越高,当IFB电流高于IBNI时进行AC Brown in低于IBO时进行AC Brown out如图6 AC,另外IFB电流大于IBulkCap时IC进行Bulk OVP设定时进行保护。Ceuednc

AC Brown in/out/OVP计算方式:Ceuednc

Ceuednc

图6:AC Brown in/out/Bulk Cap OVP设计Ceuednc

 Ceuednc

案例说明:Ceuednc

变压器参数设定NP=69T,Na=12T,Ns=9T,FB pin Ra=200K,Rb=28K,IOLP =2.9A,IRATED=2A,VF=0.1,计算结果Ceuednc

Ceuednc

4.1.3 低压输入输出电压纹波补偿功能(Output voltage ripple reduce at low line input voltage)Ceuednc

电压纹波补偿功能设计公式Ceuednc

Ceuednc

案例说明:Ceuednc

参数设定:变压器NP=69T,Na=12T,Ns=9T,FB pin Ra=200K,Rb=28K,IOLP=2.9A,IRATED=2A,Ceuednc

计算结果Ceuednc

VLLRC=Ra×IFBLLRC=200K×96uA=19.2VCeuednc

Vdc=VLLRC×(NP/NW)=19.2V×(69/12)=110V(高压电容电压低于110V启动纹波补偿)Ceuednc

4.2 CS Pin应用说明Ceuednc

4.2.1 Over Load Proteciton(OLP)说明Ceuednc

OLP计算公式为IOLP=(NP/NS)×(ICC/RCS)如图7推导出来其中ICC=VCSM×(TDIS/TS)=0.25Ceuednc

其中ICC=0.25(IC内部参数+/-7%),RCS(初级电流检测电阻+/-1),变压器初级绕组圈数NP及次级绕组圈数NSCeuednc

Ceuednc

图7:OLP设计原理Ceuednc

4.2.2 启动时调整Vcs_max限制变压器磁饱和(Adjustable start-up Vcs_max limit for Bsat)Ceuednc

当AC输入时初级的开关会提供最大的能量,使输出电压建立到设定的范围,此时为避免变压器有磁饱和的风险,调整CS pin串联电阻可以调整VCS_max level并限制能量如图8说明。调整CS pin外部串联电阻RSET设定调整Vcsmax的3个level于起机的条件如下,可利用以下公式计算变压器磁饱和Ics=Vcs/Rcs及Bmax=(Lp×Ics)/(Np×Ae)Ceuednc

Ceuednc

图8:RSET设定Vcs_maxCeuednc

4.2.3 过温度保护(OTP)功能说明Ceuednc

CS OTP电路中二级管建议采用Trr<500ns如图9。初级MOS关闭时CS pin增加平台电压,当此电压平台高于0.3V且维持1ms之后IC进入保护模式,如图10说明。Ceuednc

Ceuednc

图9:过温度保护(OTP)功能说明Ceuednc

Ceuednc

图10:OTP CSpin动作波形Ceuednc

4.2.4 二极管短路保护功能(Secondary diode short protection SDSP):Ceuednc

当安规进行短路及开路实验时,判定标准以电源板不能冒烟冒火的现象,对于零件损坏无要求,为了符合客户故障实验时不能有零件损坏包含初级MOS。Ceuednc

CS pin增加SDSP保护功能,当次级二极管短路时初级的电流会瞬间冲高,当CS pin电压超过1.2V且维持4 Cycle时驱动会关闭,IC进入保护模式并限制能量,避免初级MOS损坏如图11说明Ceuednc

Ceuednc

图11:二极管短路保护SDSP应用说明Ceuednc

问题案例说明Ceuednc

问题点:300Vac 12V/0A输出电压飘高问题Ceuednc

原因:切换频率为393HZ触发到IC最小频率Fmin SPEC=300HZ-350HZ-400HZCeuednc

改善方式:输出假负载由10K(14mW)变更为5K(28mW),假负载功率消耗增加14mW,待机功耗可以满足Ceuednc

Ceuednc

LD5523E2设计应用于网通产品可减少组件数对应产品小型化设计且可容易替换副边反馈控制方案,如需要交流,可以与我联系,我将提供最详细的信息及应用说明给您Ceuednc

FAE张伟群(Darron)Ceuednc

联系方式:Mobile:+86-13686154850Ceuednc

E-mail:Darronchang@leadtrend.com.twCeuednc

参考文献:通嘉科技LD5523E2应用手册及IC规格书Ceuednc

Ceuednc

  • 配图是不是标注反了
  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
  • 意法半导体STM32U5系列MCU上新,提高物联网和嵌入式应用 Ajax Systems已使用 新STM32U5 MCU开发下一代无线安保和智能家居解决方案;新STM32U5系列MCU是首款获得NIST嵌入式随机数熵源认证的通用MCU
  • 电池管理系统创新如何提高电动汽车采用率 要在未来实现全电动化,需要进行电动动力总成系统创新,其中包括BMS、车载充电器和直流/直流转换器以及牵引逆变器。这些系统的核心是使电气化成为可能的半导体元件。
  • 使用SiC和GaN创建面向未来的电力电子器件 随着碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等宽禁带器件的推出,电力电子技术发生了翻天覆地的变化。事实上,这些材料的特性使其特别适合在高压和高开关频率下所运行的应用,并能提供比最先进的硅基功率器件更好的效率和散热管理。
  • 如何大幅提高物联网设备的电池能效 本文探讨了如何使物联网(IoT)设备更加节能。在重点介绍毫微功耗运输模式和睡眠模式的关键作用之前,快速回顾了电池管理。 最后,提供了一种新的解决方案,与传统方法相比,它可以更好地优化电池管理的这两个方面,从而降低功耗水平和电路板空间。
  • 利用无线BMS实现智能电池生态系统解决方案 有关电池创新的新闻往往会突出新的电池封装概念和新材料,它们有朝一日可能能够比当今的锂电池技术储存更多的电量。电池的另一个部分——电池管理系统(BMS)——则往往不为人所知,但却需要跟进并以此来支持电池创新。
  • 软件定义电源让用户可控 传统上,AC/DC电源设计只能针对特定负载和线路条件进行优化。这源于在常用固定频率下的经典模拟控制和简单脉宽调制技术,这些限制通常会导致在极端工作范围内产生更高的元器件应力。
  • 小米预研固态电池技术前景诱人,能量密度突破1000Wh/L 3月1日,小米又宣布预研固态电池技术,通过将电解液替换为固态电解质,不仅能量密度突破1000Wh/L,更大幅提升低温放电性能和安全性,称“有望一举解决手机电池三大痛点”。
  • 胜过齐纳二极管的有源分流限压器 我需要用一个电路来限制某些耗散受限设备的电压。它必须将电压限制在最大1.5V,具有对称限制,能够接受2A的电流,并且在1V时漏电流小于100µA。可以用两个串联的齐纳二极管,阳极到阳极,达到目的,但稳压值为0.8V和2W耗散的齐纳二极管在市场上找不到。
  • 用于GaN HEMT的超快速分立式短路保护 GaN HEMT的保护电路必须比硅基MOSFET中使用的传统短路和过流保护方法更快。
  • 【电驱变革深探】: 从测试角度看800V超充技术下的电驱 市场调研数据显示,超过80%的用户对电动汽车的充电速度和续航里程表示不满,虽然新能源汽车市场在近几年飞速变化,但距离满足消费者心理预期的更高使用需求,尚有较大提升空间。预测数据显示,到2025年,800V SiC的市场占比将达到15%左右;不过在电动汽车全球发展提速的大趋势下,这一预测节点也许会提前到来。
  • LDO的运行困境:低裕量和最小负载 开关式DC-DC转换器可提高电源效率,有些器件的效率可超过95%,但是以增加电源噪声为代价,通常在较宽带宽范围内都存在噪声问题。低压差线性稳压器(LDO)常用于清除供电轨中的噪声,但也需要进行一些权衡考量,其功耗会增加系统的热负载。
  • Gridspertise和意法半导体20年合作新里程,赋能美国等地 意法半导体面向家庭的直接电力线通信(power line communication)通道将用于Gridspertise为美国市场开发的智能电表;赋能终端客户积极参与能源市场转型,促进分布式可再生能源整合和智能能源管理系统发展
广告
热门推荐
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
面包芯语
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了