Flyback開關(guān)電源工作原理及測試要點(diǎn)

1、Prepared By：伍輝平Date：2012-12-20Flyback開關(guān)電源工作原理及測試要點(diǎn)1，什么是Flyback開關(guān)電源2，F(xiàn)lyback工作原理3，F(xiàn)lyback電路分析和測試要點(diǎn)4，F(xiàn)lyback電路設(shè)計(jì)目錄常用的開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)降壓式(Buck)變換器升壓式(Boost)變換器升降壓式(Buck-Boost)變換器正激式(Forward)變換器反激式反激式(Flyback)變換器變換器半橋式(Half-bridge converter)全橋式(Full-bridge converter)推挽式(Push-pull converter)Cuk變換器Zeta變換器Sepic變換器

2、開關(guān)電源開關(guān)電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)什么是Flyback？反激式開關(guān)電源：輸出端在變壓器原邊繞組斷開電源時(shí)獲得能量，英文名稱叫Flyback TransformerOUTPUTPWMTransformerBLOCK DIAGRAMAC(85V-265V)12VDC(90V-375V)EMI VCCBRIDGEFEDBACKMOSFETfilterFILTERNLFlyback電路特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1. 電路簡單，能高效提供多路直流輸出，因此適合多組輸出要求；2. 轉(zhuǎn)換效率高，損失??；3. 變壓器匝數(shù)比值較小；4. 輸入電壓在很大的范圍內(nèi)波動時(shí)，仍可有較穩(wěn)定的輸出，目前已可實(shí)現(xiàn)交流輸入在 85265V間，無

3、需切換而達(dá)到穩(wěn)定輸出的要求。缺點(diǎn)：1. 輸出電壓中存在較大的紋波，負(fù)載調(diào)整精度不高，因此輸出功率受到限制，通常應(yīng)用于150W以下；2. 轉(zhuǎn)換變壓器在電流連續(xù)(CCM)模式下工作時(shí)，有較大的直流分量，易導(dǎo)致磁芯飽和，所以必須在磁路中加入氣隙，從而造成變壓器體積變大。3. 變壓器有直流電流成份，且同時(shí)會工作于CCM / DCM兩種模式，故變壓器在設(shè)計(jì)時(shí)較困難，反復(fù)調(diào)整次數(shù)較順向式多，迭代過程較復(fù)雜。Flyback工作原理單端反激式變換器a）VT導(dǎo)通期間maxmin)(PPonPinonPIItLUtib）VT關(guān)斷期間)()(2max22onoSttLUITi)(20max2onPPttLUINN)

4、()(20min2onPonPinPttLUItLUNNFlyback工作原理1. 磁通連續(xù)的工作狀況max22:iULtIFooff)()(20min22onPonPinPttLUItLUNNinUUUTtDnUDDUttNNUinSontinttinoffonP00201)11(102tintintinPinceDUDUDUUNNUVPKoPPKITPLILI 2min221212122minPoffLSoninPLtnRTtUIFlyback工作原理2. 磁通臨界工作狀況max22:iULtIFooff)()(2022ononPinPttLUtLUNNinUUUTtDnUDDUttNNU

5、inSontinttinoffonP00201)11(102tintintinPinceDUDUDUUNNUVntTITnDIUDPLtUIonSStintPthoninPK)(2)1 (22000Flyback工作原理3. 磁通不連續(xù)的工作狀況max22:iULtIFooff)()(2022ononPinPttLUtLUNNi02UNNUVPinceintPthoninPKUDPLtUI02onontPSoninpinStPinSLTtUtdtLUTdtiUTP022201211ttSondtiUTP2001PSoninttononPPSLTtUttdttLUINNTUon2)()(22)(

6、020max20PSLoninLTRtUU20Flyback電路分析和測試要點(diǎn)1. 輸入部分輸入部分輸入部分主要由EMI元件構(gòu)成。D8/D10為MOV，主要作用是吸收差模Surge等瞬間高電壓脈沖干擾信號；NTC1為負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，降低Inrush電流對橋堆的沖擊；C1為差模濾波X2電容（脈沖電壓峰值2.5kV ）；R1/R2為安規(guī)泄放電阻，需滿足RC5KV）；R10為驅(qū)動電阻，用于調(diào)節(jié)開關(guān)損耗；R12為驅(qū)動下拉電阻，抑制驅(qū)動干擾；R15/R16/R18為OCP檢測電阻；R14/C8組成RC濾波網(wǎng)絡(luò)，防止OCP誤動作。關(guān)鍵測試點(diǎn)：Q1之Vds/Vgs/Id/Tj，D6反向電壓應(yīng)力Vr和Tj

7、，C7溫升Tc和紋波電流。測試條件：開關(guān)機(jī)瞬態(tài)，AC打火，Surge測試，輸出OLP，輸出短路，Dynamic Load。Flyback電路分析和測試要點(diǎn)4. 輸出整流濾波電路輸出整流濾波電路由輸出整流肖特基二極管和濾波電容/電感組成。R17/C14為RC濾波線路，用于在D7/D9截止工作時(shí)平滑尖峰信號，改善EMI和D7/D9反向電壓應(yīng)力作用；R24為假負(fù)載，用于改善間歇振蕩現(xiàn)象；LG2為共模濾波電感。關(guān)鍵測試點(diǎn)：D7/D9正向?qū)娏鱅fav、反向電壓應(yīng)力Vr、結(jié)溫Tj，C9/C10紋波電流和Tc。測試條件：開關(guān)機(jī)瞬態(tài)，AC打火，Surge測試，輸出OLP，輸出短路，Dynamic Load

8、。Flyback電路分析和測試要點(diǎn)5. 反饋回路反饋回路反饋電路由AZ431和光耦構(gòu)成。輸出電壓通過集成穩(wěn)壓器AZ431和光電耦合器反饋到PWM控制IC的FB腳，調(diào)節(jié)R1、 R2的分壓比可設(shè)定和調(diào)節(jié)輸出電壓，達(dá)到較高的穩(wěn)壓精度。Uo=2.5V*(R22+R23)/R23光耦傳輸比：CTR=IC/ IF100%H(s)= - ( R21+1/C11s) / R23R19/R20分別為上拉/下拉偏置電阻；R21/C11組成極零點(diǎn)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，通過調(diào)節(jié)R值或C值可以調(diào)節(jié)頻帶增益。一般增益要求-14dB，相位要求45deg。Flyback電路分析和測試要點(diǎn)6. PWM控制電路控制電路PWM芯片為On-br

9、ight OB2263R6/R7是啟動電阻，C5是儲能電容，C4是高頻濾波電容，D5是整流二極管，R9是限流電阻。AC電源接入時(shí)，Vbulk通過R6/R7對C5充電，當(dāng)VccUVLO(off):14V時(shí)，IC啟動工作，電源輸出直流電信號，Vcc通過T1繞組提供。Vcc振蕩頻率由R8決定，一般取100K ohmFosc=6500/RI(Kohm) （KHz）導(dǎo)通占空比由sense和FB共同確定OLP：VfbVth_pl:3.7VOCP：VsenseVth_oc:0.75VOVP：VfbVth_0d:0.75VUVP：Vcc2.5kV 4.0kV X2 2.5kV X3 1.2kV Y電容主要用于

10、抑制共模干擾安全等級 額定電壓 耐壓等級Y1 250V 8 kVY2 150V 250V 5 kVY3 150V 250V 2.5KV 5KV Y4 150V Irush，本例整流管為IN4007，其浪涌電流規(guī)格為30A/8.3ms（I2*t=7.47A2*S）。實(shí)際浪涌電流持續(xù)約1.375ms（t=5RC）,實(shí)際允許的IrushNP2 NP2 otherwiseFlyback電路設(shè)計(jì)8. 反激變壓器的設(shè)計(jì)反激變壓器的設(shè)計(jì)反推驗(yàn)證Dmax：espkpeidcABILNPfAuDUNP21maxminmaxmaxmin1DVUDUnfodcfosfbccfbVUNVVN)(fodcfoVUnUV

11、UnDminmaxFlyback電路設(shè)計(jì)9. MOS管的選取管的選取MOS管的耐壓選擇：MOS管的耐電流選擇：IdrmsIpkMOS的導(dǎo)通損耗計(jì)算：Psw=Idrms2*RdsVVUNNUVPdcce2 .4636 .12737502maxFlyback電路設(shè)計(jì)10. 次級整流肖特基次級整流肖特基二極管的熱損耗包括正向?qū)〒p耗、反向漏電流損耗及恢復(fù)損耗。因?yàn)檫x用的是肖特基二極管，反向恢復(fù)時(shí)間短和漏電流比較小，可忽略不記。二極管的耐壓：Vr=Uo+Uinmax/n=67V二極管的結(jié)溫：Tj=Rthjc*Vf*Id_rms+TaTa為工作的環(huán)境溫度Tj為二極管工作溫度理論值Vf表示二極管的正向?qū)▔航礗d_rms表示通過二極管的平均電流Rthjc為二極管的PN結(jié)對環(huán)境的熱阻Flyback電路設(shè)計(jì)11. 次級濾波電容次級濾波電容濾波電容可