問題一:我們小功率用到最多的反激電源,為什么我們常常選擇65K或者100K(這些頻率段附近)作為開關頻率?有哪些原因制約了?或者哪些情況下我們可以增大開關頻率?或者減小開關頻率?
開關電源為什么常常選擇65K或者100K左右范圍作為開關頻率,有的人會說IC廠家都是生產這樣的IC,當然這也有原因。每個電源的開關頻率會決定什么?
應該從這里去思考原因。還會有人說頻率高了EMC不好過,一般來說是這樣,但這不是必然,EMC與頻率有關系,但不是必然。想象我們的電源開關頻率提高了,直接帶來的影響是什么?當然是MOS開關損耗增大,因為單位時間開關次數(shù)增多了。
如果頻率減小了會帶來什么?開關損耗是減小了,但是我們的儲能器件單周期提供的能量就要增多,勢必需要的變壓器磁性要更大,儲能電感要更大了。選取在65K到100K左右就是一個比較合適的經驗折中,電源就是在折中合理化折中進行。
假如在特殊情形下,輸入電壓比較低,開關損耗已經很小了,不在乎這點開關損耗嗎,那我們就可以提高開關頻率,起到減小磁性器件體積的目的。
如何選擇合適IC的開關頻率?主流IC的開關頻率為什么是大概是這么一些范圍?開關頻率和什么有關,說的是普遍情況,不是想鉆牛角尖好多IC還有什么不同的頻率。更多的想發(fā)散大家思維去注意到這些問題!
我這里想說的普遍情況,主要想提的是開關頻率和什么有關,如何去選擇合適開關頻率,為什么主流IC以及開關頻率是這么多,注意不是一定,是普遍情況,讓新手區(qū)理解一般行為,當然開關電源想怎么做都可以,要能合理使用。
1、你是如何知道一般選擇65或者100KHZ,作為開關電源的開關頻率的?(調研普遍的大廠家主流IC,這二個會比較多,當然也有一些在這附近,還有一些是可調的開關頻率)
2、又是如何在工作中發(fā)現(xiàn)開關電源開關頻率確實工作在65KHZ,或100KHZ的。(從設計角度考量,普遍電源使用這個范圍)
3、有兩張以上的測試65KHZ100KHZ頻率的圖片說明嗎?(何止二張圖片,毫無意義)
4、你是否知道開關電源可以工作在1.5HZ.(你覺得這樣談有必要,工作沒有什么不可以,純熟鉆牛角尖,做技術切記鉆牛角尖,那你能談談為什么普遍電源不工作在1.5HZ,說這個才有意義,你做出1.5HZ的電源純屬毫無意義的事情)
提醒:做技術人員切記鉆牛角尖,咱們不是校園研究派,是需要將理論與實踐現(xiàn)結合起來,做出來的產品才是有意義的產品!
問題二:LLC中為什么我們常在二區(qū)設計開關頻率?一區(qū)和三區(qū)為什么不可以?有哪些因素制約呢?或者如果選取一區(qū)和三區(qū)作為開關頻率會有什么后果呢?
LLC的原理是利用感性負載隨開關頻率的增大而感抗增大,來進行調節(jié)輸出電壓的,也就是PFM調制。并且MOS管開通損耗ZVS比ZCS小,一區(qū)是容性負載區(qū),自然不可取。那么三區(qū),開關頻率大于諧振頻率,這個仍是感性負載區(qū),按道理MOS實現(xiàn)ZVS沒有問題,確實如此。但是我們不能忽略副邊的輸出二極管關斷。也就是原邊MOS管關斷時,諧振電流并沒有減小到和勵磁電流相等,實現(xiàn)副邊整流二極管軟關斷。這也是我們通常也不選擇三區(qū)的原因。
我們不能只按前人的經驗去設計,而要知道只所以這樣設計是有其必然的道理的!
問題三:當我們反激的占空比大于50%會帶來什么?好的方面有哪些?不好的方面有哪些?
反激的占空比大于50%意味著什么,占空比影響哪些因素?第一:占空比設計過大,首先帶來的是匝比增大,主MOS管的應力必然提高。一般反激選取600V或650V以下的MOS管,成本考慮。占空比過大勢必承受不起。
第二點:很重要的是很多人知道,需要斜坡補償,否則環(huán)路震蕩。不過這也是有條件的,右平面零點的產生需要工作在CCM模式下,如果設計在DCM模式下也就不存在這一問題了。這也是小功率為什么設計在DCM模式下的其中一個原因。當然我們設計足夠好的環(huán)路補償也能克服這一問題。
當然在特殊情形下也需要將占空比設計在大于50%,單位周期內傳遞的能量增加,可以減小開關頻率,達到提升效率的目的,如果反激為了效率做高,可以考慮這一方法。
問題四:反激電源如果要做到一定的效率,需要從哪些方面著手?準諧振?同步整流?
反激的一大劣勢就是效率問題,改善效率有哪些途徑可以思考的呢?減小損耗是必然的,損耗的點有開關管,變壓器,輸出整流管,這是主要的三個部分。
開關管我們知道反激主要是PWM調制的硬開關居多,開關損耗是我們的一大難點,好在軟開關的出現(xiàn)看到了希望。反激無法向LLC那樣做到全諧振,那只能朝準諧振去發(fā)展(部分時間段諧振),這樣的IC也有很多問世,我司用的較多是NCP1207,通過在MOS管關斷后,下一次開通前1腳檢測VCC電壓過零后,然后在一個設定時間后開通下一周期。
變壓器的損耗如何做到最小,完美使用的變壓器后面問題會涉及到。
同步整流一般在輸出大電流情況下,副邊整流流二極管,哪怕用肖特基損耗依然會很大,這時候采用同步整流MOS替代肖特基二極管。有些人會說這樣成本高不如用LLC,或者正激呢,當然沒有最好的,只有更合適的。
問題五:電源的傳導是怎么形成的?傳導的途徑有哪些?常用的手段?電源的輻射受哪些東西影響?怎么做大功率的EMC。
電源傳導測量方式是通過接收輸入端口L,N,PE來自電源內部的高頻干擾(一般150K到30M)。
解決傳導必須弄清楚通過哪些途徑減弱端口接收到的干擾。
如圖:一般有二種模式:L,N差模成分,以及通過PE地回路的共模成分。有些頻率是差共模均有。
通過濾波的方式:一般采用二級共模搭配Y電容來濾去,選擇的方式技巧也很重要,布板影響也很大。一般靠近端口放置低U電感,最好是鎳鋅材質,專門針對高頻,繞線方式采用雙線并繞,減少差模成分。后級一般放置感量較大,在4MH到10MH附近,只是經驗值,具體需要與Y電容搭配。X電容濾差模也需要靠近端口,一般放在二級共模中間。放置Y電容,電容布板時走線需要加粗,不可外掛,否則效果很差。(這些只是輸入濾波網絡上做文章)
當然也可以從源頭上下手,傳導是輻射耦合到線路中的結果,減弱了開關輻射也能對傳導帶來好處。影響輻射的幾處一般有MOS管開通速度,整流管導通關斷,變壓器,以及PFC電感等等。這些電路上的設計需要與其他方面折中不做詳述。
一些經驗技巧:針對大功率的EMC一般需要增加屏蔽,立竿見影,屏蔽的部位一般有幾處選擇:
第一:輸入EMI電路與開關管間屏蔽,這對EMC有很大的作用,很多靠濾波器無效的采用該方法一般很有效果。
第二:變壓器初次級屏蔽,一般設計變壓器若有空間最好加上屏蔽。
第三:散熱器的位置能很好充當屏蔽,合理布板利用,散熱器接地選擇也很重要。
第四:判斷輻射源頭位置,一般有幾個簡單的方法,不一定完全準確,可以參考,輸入線套磁環(huán)若對EMC有好處,一般是原邊MOS管,輸出線套磁環(huán)若對EMC有效果,一般是副邊輸出整流管,尤其是大于100M的高頻??梢钥紤]在輸出加電容或者共模電感。
當然還有很多其他的細節(jié)技巧,尤其是布板環(huán)路方面的,后面對LAYOUT會單獨講解。