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Flyback原边反馈(PSR)及多重模式(QR+CCM)控制器之应用

2021-05-10 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。SBtednc

PSR原边反馈控制特性SBtednc

优点:电路组件少及成本优势适用于小型化设计SBtednc

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SBtednc

以PSR LD5523E2替换SSR LD5523说明SBtednc

两套方案Pin-Pin可以直接替换,步骤说明如下SBtednc

步骤1:移除二次侧431及光耦合器参考图1红圈SBtednc

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

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图1:LD5523 SSR原边反馈控制电路图SBtednc

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图2:LD5523E2 PSR副边反馈控制电路图SBtednc

2. Flyback SSRPSR功能及保护差异

表1说明SSR及PSR功能及保护差异SBtednc

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

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。SBtednc

  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SBtednc

  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。SBtednc

  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。SBtednc

  1. OLP设计

SSR LD5523原边反馈OLP误差约为+/-20%SBtednc

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%SBtednc

PSR LD5523E2副边反馈OLP误差约为+/-8%:SBtednc

影响OLP误差参数:IC参数+/-7%及电阻+/-1%SBtednc

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。SBtednc

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图3:LD5523E2 IC Pin脚功能应用SBtednc

4.1 FB Pin应用说明

4.1.1 输出电压及线补设定SBtednc

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<500nsSBtednc

输出电压线补设定:SBtednc

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)SBtednc

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

案例说明:SBtednc

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=0.1SBtednc

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

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=12.7VSBtednc

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图4:输出电压调整设计SBtednc

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图5:线损补偿电流(ILC)设计SBtednc

4.1.2 AC Brown in/out,Buck OVP设定SBtednc

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。SBtednc

AC Brown in/out/OVP计算方式:SBtednc

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

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案例说明:SBtednc

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SBtednc

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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)SBtednc

电压纹波补偿功能设计公式SBtednc

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案例说明:SBtednc

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

计算结果SBtednc

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

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

4.2 CS Pin应用说明SBtednc

4.2.1 Over Load Proteciton(OLP)说明SBtednc

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

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NSSBtednc

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图7:OLP设计原理SBtednc

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)SBtednc

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)SBtednc

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图8:RSET设定Vcs_maxSBtednc

4.2.3 过温度保护(OTP)功能说明SBtednc

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。SBtednc

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图9:过温度保护(OTP)功能说明SBtednc

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图10:OTP CSpin动作波形SBtednc

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

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。SBtednc

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SBtednc

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图11:二极管短路保护SDSP应用说明SBtednc

问题案例说明SBtednc

问题点:300Vac 12V/0A输出电压飘高问题SBtednc

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

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SBtednc

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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SBtednc

FAE张伟群(Darron)SBtednc

联系方式:Mobile:+86-13686154850SBtednc

E-mail:Darronchang@leadtrend.com.twSBtednc

参考文献:通嘉科技LD5523E2应用手册及IC规格书SBtednc

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