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通嘉科技双集成方案LD9174E2+LD8925F2 反激PSR控制器之应用

2022-05-10 10:23:41 FAE黄伟(Jodenr) 阅读:
电子工程领域全球最大的技术媒体机构ASPENCORE 2021年主办首届亚洲金选奖 (EE Awards ASIA),根据ASPENCORE消息,此次活动聚焦台湾和亚洲新兴市场,期间吸引了133家企业报名,并收集了300件以上报名表角逐27个奖项。在EET及EDN专业技术媒体及科技人士的共襄盛举之下,通嘉科技具快速动态响应之PSR方案(LD9174E2 + LD8925F2)成为最佳设计解决方案之一,获得金选潜力标杆奖(The Promising Product Award).

参考文献:LD9174E2/LD8925F2 application note and datasheet2cWednc

1、Flyback副边回(SSR)及原边回授控制(PSR)背景说明

Flyback按回馈机制分为副边(SSR)及原边(PSR) 2种控制方式. SSR副边反馈控制是采用TL431内部的参考电压2.5V搭配外部回授补偿电路进行输出电压调整; PSR原边反馈控制是采用初级侧IC的 FB pin内部基准电压2.0V实现输出电压的调整.2cWednc

PSR原边反馈优缺点如下:2cWednc

优点: 电路中零件数量少, 具成本上的优势, 适用于小型化及低成本的设计需求2cWednc

缺点: 因输出无光耦和TL431检测输出电压,造成系统响应速度慢,在较大负载变化之 动态切换时(dynamic load test), 电压调整率较SSR略差.2cWednc

2、新型PSR原边控制双集成方案LD9174E2+LD8925F2特点

LD9174E2+LD8925F2 (如下图一)以特殊的创新专利技术设计, 使原边与副边具沟通机制并强化动态响应表现,整体输出的电压精度可小于±8%,性能已接近并可取代一般SSR控制方案。2cWednc

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电子工程领域全球最大的技术媒体机构ASPENCORE 2021年主办首届亚洲金选奖 (EE Awards ASIA),根据ASPENCORE消息,此次活动聚焦台湾和亚洲新兴市场,期间吸引了133家企业报名,并收集了300件以上报名表角逐27个奖项。在EET及EDN专业技术媒体及科技人士的共襄盛举之下,通嘉科技具快速动态响应之PSR方案(LD9174E2 + LD8925F2)成为最佳设计解决方案之一,获得金选潜力标杆奖(The Promising Product Award).2cWednc

LD9174E2+LD8925F2适用于18W~24W电源供应器,与传统SSR方案相比可以节省17颗组件数量 (如下图二),能有效降低电源整体成本,并具有小型化、零件精简、高功率密度、低待机功耗与高效率等特性,全面性的保护机制设计更可符合各项安全规范。2cWednc

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3、LD9174E2特色介绍

3.1 QR+CCM 操作 (Multi-mode Operation)

QR+CCM的操作模式能满足DOE6及COC Tier2的能效规范; 当负载条件为10%-75%时操作在QR模式,一次侧开关MOSFET在较低的Vds电压处开通,有效降低了开关损耗;当负载条件为75%-100%操作在CCM模式,降低了导通损耗, 从而提升满载时的效率。2cWednc

相比传统的DCM或纯QR方案,LD9174E2可提升高低压输入时之平均效率,重载时操作在CCM可以减少变压器峰值电流,进而选用较小规格的磁性组件、开关MOSFET及输出二极管,能降低电源其它关键元器件成本.2cWednc

3.2 通过Vcs pin电阻编程设定Vcs_max  (Adjustable start-up Vcs-max limit for Bsat)

LD9174E2在开机时会通过CS pin吐出电流源到Rset,经由检测Vset值,来设定Vcsmax的大小; LD9174E2可以设定3档Vcsmax, IC在每次开机时会检测Vset来设定合适的Vcsmax。 例如,当系统有peak load开机需求,只要将Rset设计一个较大的值;当系统在短路/开关机及abnormal等情况下, 若变压器有饱和的情况, 可以将Rset设计较小的值, 此时LD9174E2会将Vcsmax设定为较低的值,可以避免变压器在上述条件下有磁饱和的风险。2cWednc

3.3输出电压ripple补偿功能 (Output voltage ripple reduce)

低压输入时, 整流后大电容的电压纹波会影响输出电压纹波, 此电压纹波补偿主要是于大电容电压在波谷时进行频率补偿, 进而达到降低输出纹波功能。2cWednc

3.4 精准的OCP设计2cWednc

一般的SSR反馈控制, OCP会受变压器电感量, 电流检测电阻, 切换频率与IC参数等影响, 整体误差约为+/-25%, 计算参考如下:2cWednc

LD9174E2是采用电流积分控制,OCP误差小于+/-8%,且不受变压器电感影响, OCP计算公式为:2cWednc

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其中

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RCS: 初级电流检测电阻2cWednc

NP: 变压器初级绕组圈数2cWednc

NS: 变压器次级绕组圈数2cWednc

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4、LD9174E2 Pin脚功能说明

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4.1 FB Pin应用

4.1.1 输出电压及线补设定

输出电压调整设定如图六说明: FB pin依据VFB正半周总时间的40%为取样点,并与IC内部参考电压2V作比较, 输出电压Vo=2(1+)-VF, 设计时需留意Vcc diode需采用快回复式(Trr<500ns)。2cWednc

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4.1.2输出电压线补设定

输出电压(带线补设定)如图七说明: IC依据满载(IRATED)及OLP(IOLP)设定线损补偿的电流(ILC),设计公式Vo=(2(1+) – VF2cWednc

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设计注意事项

LD9174E2藉由初级MOS关闭时,FB pin侦测由变压器所映射的电压平台做为输出电压的反馈,如图八说明,若FB pin上由于漏感引起的尖峰电压及layout不合理造成干饶, 易造成电压侦测错误,而产生输出电压不稳或ripple大的现象。2cWednc

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当出现FB pin取样错误时, 建议对策如下:2cWednc

1. VCC二极管整流前串联电阻小于2ohm; 较大的阻值易造成FB平台在轻载时有较缓的斜坡,导致时FB检测出现sample Error.2cWednc

2. 变压器VCC绕组尽量与二次侧绕组耦合(先绕NS后再绕VCC绕组),VCC绕组尽可能密绕或疏绕一层2cWednc

3. 使用快速二极管 (Trr<500ns)2cWednc

4. 若二次侧采用同步整流设计,需注意同步整流在任何负载(包含空载)的所有条件均要有驱动输出.2cWednc

5. PWM MOSFET snubber二极管尽可能采用慢管(如M7),若使用快管F7等需注意与之串联的电阻选用(建议大于75ohm).2cWednc

6. PCB layout方面,注意IC周边组件对应的小信号地需先接致IC GND后再经Auxwinding2cWednc

  GND连致Bulk cap GND;主功率回路也需要经Rcs后单独接到Bulk cap GND上;另外FB pin 上下偏电阻需尽可能近的靠近IC Pin脚上;若考虑Iayout不合理或变压器漏感2cWednc

  有可能会造成FB Pin检测sample Error, FB pin下偏可以考虑预留最大为10pF的电容位置. PCB layout参考如下:2cWednc

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4.1.3 输入Brown in and Brown out2cWednc

当初级MOS导通时FB pin VFB为负半周时此电压为VDC X(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 out2cWednc

AC Brown in/out计算方式:2cWednc

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4.2 CS Pin应用2cWednc

4.2.1 OCP设定2cWednc

IOCP=(NP/NS)*(ICC/RCS)2cWednc

其中, ICC=VCSM*(TDIS/TS)=0.25, RCS: 初级电流检测电阻, NP: 变压器初级绕组圈数2cWednc

NS: 变压器次级绕组圈数2cWednc

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4.2.2 输出二极管短路保护 (Secondary diode short protection, SDSP)2cWednc

当安规进行短路及开路实验时, 判定标准为电源板不能出现冒烟起火等现象. 当次级二极管短路时, 初级侧的电流会瞬间冲高, 导致初级MOS管烧毁, 容易引起安规问题. LD9174E2内建SDSP功能, 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, 如图十二说明。2cWednc

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5、LD8925F2特色介绍

Dynamic load变化使输出电压低于LD8925F2监控的VSL值时,LD9174F2+LD8925F2独特的控制技术可以相互沟通,使反馈迅速响应,输出电压的调整率几乎趋近于SSR(小于8%)的输出电压精度. 另外, LD8925F2具有Active dummy load功能,可以保证No load及动态满载转空载/轻载时,输出电压能够非常稳定.2cWednc

6、24W Demo Board 测试数据

6.1 Efficiency Test:

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6.2 Dynamic Test

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6.3. Thermal Test

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总结:

本文主要讲解了通嘉新型原边控制双集成方案LD9174E2+LD8925F2, 以特殊的创新专利技术设计, 使原边与副边具沟通机制并强化动态响应表现,整体输出的电压精度可小于±8%,性能已接近并可取代一般SSR控制方案. LD9174E2+LD8925F2适用于18W~24W电源供应器,能有效降低电源整体成本,并具有小型化、零件精简、高功率密度、低待机功耗与高效率等特性,全面性的保护机制设计更可符合各项安全规范。2cWednc

透过以上的介绍,让电源设计者对LD9174E2+LD8925F2使用时更加熟悉跟了解,如有更进一步的需求及想法,欢迎跟通嘉科技联络。2cWednc

通嘉FAE 黄 伟(Jodenr Huang) 2cWednc

联系方式:Mobile: 186659229022cWednc

E-mail: JodenrHuang@leadtrend.com.tw2cWednc

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