引言
反激式變換器的特點(diǎn)
●元器件最少、結(jié)構(gòu)最簡單;
●方便地實(shí)現(xiàn)電氣隔離,而且僅需一級功率變換實(shí)現(xiàn)隔離的AC/DC、DC/DC、DC/AC和AC/AC;
●雙向功率流,功率可以從幾瓦到100多瓦;
●適配器、充電器、dc/dc模塊電源、高壓電源和LED電源等
頭疼的噪聲
●電路不能工作?
●音頻噪聲?
●輸出不穩(wěn)?
●電路保護(hù)總是誤動作?
●輸出紋波不正常?
●高頻噪聲從哪里來的?
●效率低?
●開關(guān)波形尖峰大?
●EMI性能超出Class B的限值?
●……
摘要
●深入分析 高頻回路
●采取措施 抑制噪聲
●均衡面對 設(shè)計(jì)沖突
●總結(jié)
深入分析 高頻回路
◆常見的反激式(Flyback)變換器拓?fù)洌?/strong>
1.原邊功率回路
2.副邊功率回路
3.鉗位吸收回路
4.驅(qū)動回路
5.輔助繞組回路
6.原邊控制回路
7.副邊控制回路
①原邊功率回路
●原邊晶體管開通和關(guān)斷時(shí),產(chǎn)生高頻的di/dt和dv/dt回路1。
●回路1中Ids_Q1的電流主要成份是變壓器原邊電流IL,高頻電流經(jīng)電容C2、變壓器原邊、晶體管Q1、和采樣電阻RS。
●Ids_Q1=IL+???,還有哪些回路的電流耦合到回路1中?
●Ids_Q1=IL+???,還有哪些回路的電流耦合到回路1中?
●變壓器寄生電容的電流
--不同的三明治變壓器結(jié)構(gòu)會對EMI產(chǎn)生影響;
②副邊功率回路
●原邊晶體管開通時(shí),產(chǎn)生高頻的di/dt和dv/dt回路2 。
●回路2的副邊整流二極管D2的反向恢復(fù)電流Irr_D2/n會耦合到回路1中。
●Ids_Q1=IL+Irr_D2/n+???,(“n”為變壓器匝比)
●MBR10200在常溫和高溫反向阻斷特性
--Prr=0.05mA*100V=0.005W@25C Tj
--Prr=20mA*100V=2W@100C Tj
●輸出端的差模濾波電感和共模濾波電感
--差模電感Ld:只能起到差模濾波作用,后續(xù)的C7不能分擔(dān)C6的紋波電流;
--共模電感Lc:由于漏感的存在,共模電感Lc可以同時(shí)起到共模和差模濾波的效果,而且C7能分擔(dān)C6的紋波電流;
③鉗位吸收回路
●原邊晶體管開通時(shí),產(chǎn)生高頻的di/dt和dv/dt回路3 。
●回路3中的鉗位二極管D1的反向恢復(fù)電流Irr_D1會加入到回路1中。
●Ids_Q1=IL+Irr_D2/n+Irr_D1+???
●鉗位二極管D1的反向恢復(fù)特性對可靠性和 EMI有很大影響;
●FR107反向恢復(fù)特性 – 500nS典型值
●UF4007 – 75nS典型值
④驅(qū)動回路
●原邊晶體管開通時(shí),產(chǎn)生高頻的di/dt和dv/dt回路4。
●回路4中的原邊晶體管Q1的驅(qū)動電流Igs_Q1也會加入到回路1中。
●Ids_Q1=IL+Irr_D2/n+Irr_D1+Igs_Q1+???
●過快的開通晶體管對效率沒有幫助,反而會造成高頻噪聲,通過變壓器繞組耦合到輸出;
⑤輔助繞組回路
●原邊晶體管開通時(shí),產(chǎn)生高頻的di/dt和dv/dt回路5 。
●回路5中輔助繞組D3的反向恢復(fù)電流Irr_D3也耦合到回路1中。
●Ids_Q1=IL+Irr_D2/n+Irr_D1+Igs_Q1+Irr_D3
◆高頻回路總結(jié);
●原邊晶體管開通時(shí),產(chǎn)生高頻的di/dt和dv/dt的5個(gè)回路。
●回路1中包含了5個(gè)回路直接或耦合過來的電流。
●處理好這些回路的布線是解決噪聲問題的關(guān)鍵。
采取措施 抑制噪聲
◆常見的抑制噪聲措施
●變壓器設(shè)計(jì)
●元器件選擇
●布線技巧
--單點(diǎn)接地,避免回路間耦合;
--利用高頻電容,縮小高頻回路面積;
--通過布線,進(jìn)一步地減小高頻噪聲;
--通過布線,盡量減小接地阻抗;
◆單點(diǎn)接地,避免回路間耦合
●關(guān)注最敏感的控制回路;
●控制回路、驅(qū)動回路,采樣回路與功率回路的單點(diǎn)接地;
●輔助繞組回路的單點(diǎn)接地。
●控制回路、驅(qū)動回路,采樣回路與功率回路的單點(diǎn)接地;
◆利用高頻電容,減小回路面積
●通過高頻電容C2、C8、C5和C7,減小回路1、2、3和5的面積;
◆通過布線,進(jìn)一步減小高頻噪聲
●通過布線盡量地縮小高頻回路面積;
●有利于減小高頻回路的噪聲。
●通過布線盡量地縮小高頻回路面積;(布線實(shí)例)
●有利于減小高頻回路的噪聲。
◆通過布線,進(jìn)一步減小高頻噪聲
●盡量利用大面積的鋪地,減小高頻噪聲;
●多層板布線,盡量用專門一層作為地平面;
●有利于減小高頻噪聲。
◆通過布線,盡量減小接地阻抗
●良好的接地線寬度必須>100mil;
●<100mil地線寬度只能作為電氣接地;
●地線盡量避免跳線、過孔連接或通過單一過孔連接;
●當(dāng)?shù)鼐€和其它線路沖突時(shí)優(yōu)先地線走線。
●過孔的寄生參數(shù):寄生電容和寄生電感
--寄生電容
●過孔的寄生參數(shù):寄生電容和寄生電感
--寄生電感
●過孔的寄生電感對接地阻抗造成的影響遠(yuǎn)大約寄生電容。
●考慮過孔的阻抗特性和PCB工藝,盡量避免打單一的過孔;
●通過打多個(gè)過孔降低過孔引起的阻抗,提高PCB質(zhì)量;
●盡量避免地線通過過孔連接;
●如果不可避免,盡量通過多個(gè)過孔,盡量加大鉆孔直徑。
●大面積敷銅用隔熱帶與焊盤連接;
●為散熱而敷銅,避免不對稱性引起的PCB變形;
●敷銅與SMT器件兩端焊盤應(yīng)該保證散熱對稱性;
均衡面對 設(shè)計(jì)沖突
◆噪聲與安規(guī)
●優(yōu)先級最高,必須首先符合安規(guī)要求;
◆噪聲與結(jié)構(gòu)
●外形要求和連接器必須符合客戶要求;
◆噪聲與熱
●需要符合安規(guī)、客戶要求和可靠性要求;
◆噪聲與工藝
◆噪聲與可檢測性
◆噪聲與可維修性
總 結(jié)
◆抑制噪聲必須從噪聲回路著手;
◆變換器設(shè)計(jì)必須關(guān)注高頻噪聲回路;
◆在抑制噪聲的同時(shí)必須權(quán)衡設(shè)計(jì)要點(diǎn)沖突;
◆好的設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)緊密地合作。
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原文標(biāo)題:大師深入分析Flyback變換器的高頻回路
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