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高频开关电源Flyback变换器的高频回路的设计分析

导言

反激式变换器的特色

●元器件最少、结构最简单;

●方便地完成电气阻隔,并且仅需一级功率改换完成阻隔的AC/DC、DC/DC、DC/AC和AC/AC;

●双向功率流,功率能够从几瓦到100多瓦;

●适配器、充电器、dc/dc模块电源、高压电源和LED电源等

高频开关电源Flyback变换器的高频回路的设计分析

头疼的高频开关电源噪声

●高频开关电源电路不能作业?

●音频高频开关电源噪声?

●高频开关电源输出不稳?

●高频开关电源电路维护总是误动作?

●高频开关电源输出纹波不正常?

●高频高频开关电源噪声从哪里来的?

●功率低?

●开关波形尖峰大?

●EMI功能超出Class B的限值?

●……

摘要

●深入分析 高频回路

●采纳办法 按捺高频开关电源噪声

●均衡面临 规划抵触

●总结

深入分析 高频回路

◆常见的反激式(Flyback)变换器拓扑;

高频开关电源Flyback变换器的高频回路的设计分析

1.原边功率回路

2.副边功率回路

3.钳位吸收回路

4.驱动回路

5.辅佐绕组回路

6.原边操控回路

7.副边操控回路

①原边功率回路

●原边晶体管注册和关断时,发生高频的di/dt和dv/dt回路1。

●回路1中Ids_Q1的电流首要成份是变压器原边电流IL,高频电流经电容C2、变压器原边、晶体管Q1、和采样电阻RS。

●Ids_Q1=IL+???,还有哪些回路的电流耦合到回路1中?

●Ids_Q1=IL+???,还有哪些回路的电流耦合到回路1中?

●变压器寄生电容的电流

--不同的三明治变压器结构会对EMI发生影响;

②副边功率回路

●原边晶体管注册时,发生高频的di/dt和dv/dt回路2 。

●回路2的副边整流二极管D2的反向恢复电流Irr_D2/n会耦合到回路1中。

●Ids_Q1=IL+Irr_D2/n+???,(“n”为变压器匝比)

●MBR10200在常温文高温反向阻断特性

--Prr=0.05mA*100V=0.005W@25C Tj

--Prr=20mA*100V=2W@100C Tj

●高频开关电源输出端的差模滤波电感和共模滤波电感

--差模电感Ld:只能起到差模滤波作用,后续的C7不能分管C6的纹波电流;

--共模电感Lc:因为漏感的存在,共模电感Lc能够一起起到共模和差模滤波的作用,并且C7能分管C6的纹波电流;

③钳位吸收回路

●原边晶体管注册时,发生高频的di/dt和dv/dt回路3 。

●回路3中的钳位二极管D1的反向恢复电流Irr_D1会加入到回路1中。

●Ids_Q1=IL+Irr_D2/n+Irr_D1+???

高频开关电源Flyback变换器的高频回路的设计分析

●钳位二极管D1的反向恢复特性对可靠性和 EMI有很大影响;

●FR107反向恢复特性 – 500nS典型值

●UF4007 – 75nS典型值

④驱动回路

●原边晶体管注册时,发生高频的di/dt和dv/dt回路4。

●回路4中的原边晶体管Q1的驱动电流Igs_Q1也会加入到回路1中。

●Ids_Q1=IL+Irr_D2/n+Irr_D1+Igs_Q1+???

●过快的注册晶体管对功率没有协助,反而会形成高频高频开关电源噪声,经过变压器绕组耦合到高频开关电源输出;

⑤辅佐绕组回路

●原边晶体管注册时,发生高频的di/dt和dv/dt回路5 。

●回路5中辅佐绕组D3的反向恢复电流Irr_D3也耦合到回路1中。

●Ids_Q1=IL+Irr_D2/n+Irr_D1+Igs_Q1+Irr_D3

◆高频回路总结;

●原边晶体管注册时,发生高频的di/dt和dv/dt的5个回路。

●回路1中包含了5个回路直接或耦合过来的电流。

●处理好这些回路的布线是处理高频开关电源噪声问题的要害。

采纳办法按捺高频开关电源噪声

◆常见的按捺高频开关电源噪声办法

●变压器规划

●元器件选择

●布线技巧

--单点接地,防止回路间耦合;

--使用高频电容,缩小高频回路面积;

--经过布线,进一步地减小高频高频开关电源噪声;

--经过布线,尽量减小接地阻抗;

◆单点接地,防止回路间耦合

●重视最灵敏的操控回路;

●操控回路、驱动回路,采样回路与功率回路的单点接地;

●辅佐绕组回路的单点接地。

高频开关电源Flyback变换器的高频回路的设计分析

●操控回路、驱动回路,采样回路与功率回路的单点接地;

◆使用高频电容,减小回路面积

●经过高频电容C2、C8、C5和C7,减小回路1、2、3和5的面积;

◆经过布线,进一步减小高频高频开关电源噪声

●经过布线尽量地缩小高频回路面积;

●有利于减小高频回路的高频开关电源噪声。

●经过布线尽量地缩小高频回路面积;(布线实例)

●有利于减小高频回路的高频开关电源噪声。

◆经过布线,进一步减小高频高频开关电源噪声

●尽量使用大面积的铺地,减小高频高频开关电源噪声;

●多层板布线,尽量用专门一层作为地平面;

●有利于减小高频高频开关电源噪声。

◆经过布线,尽量减小接地阻抗

●良好的接地线宽度有必要>100mil;

●<100mil地线宽度只能作为电气接地;

●地线尽量防止跳线、过孔衔接或经过单一过孔衔接;

●当地线和其它线路抵触时优先地线走线。

●过孔的寄生参数:寄生电容和寄生电感

--寄生电容

●过孔的寄生参数:寄生电容和寄生电感

--寄生电感

●过孔的寄生电感对接地阻抗形成的影响远大约寄生电容。

●考虑过孔的阻抗特性和PCB工艺,尽量防止打单一的过孔;

●经过打多个过孔下降过孔引起的阻抗,提高PCB质量;

●尽量防止地线经过过孔衔接;

●如果不可防止,尽量经过多个过孔,尽量加大钻孔直径。

●大面积敷铜用隔热带与焊盘衔接;

●为散热而敷铜,防止不对称性引起的PCB变形;

●敷铜与SMT器件两头焊盘应该确保散热对称性;

衡面临规划抵触

◆高频开关电源噪声与安规

●优先级最高,有必要首先契合安规要求;

◆高频开关电源噪声与结构

●外形要求和衔接器有必要契合客户要求;

◆高频开关电源噪声与热

●需求契合安规、客户要求和可靠性要求;

◆高频开关电源噪声与工艺

◆高频开关电源噪声与可检测性

◆高频开关电源噪声与可修理性

总 结

◆按捺高频开关电源噪声有必要从高频开关电源噪声回路着手;

◆变换器规划有必要重视高频高频开关电源噪声回路;

◆在按捺高频开关电源噪声的一起有必要权衡规划关键抵触;

◆好的规划需求规划团队严密地协作。

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