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电子产品&设备:开关电源FLY-关键波形分析!

B.示波器测试开关MOS的源极(Is)的电流:

CH1:IC-DRV(驱动)CH2:VDS   CH4:Is(测试源极S)

我们要了解FLY电源的特性就需要了解我测试图中的1,2,3处的电流特性对我们的可靠性及EMI设计都有帮助;

FLY反激电源实测Ids电流时前端都有一个尖峰(测试图中的1处),这个尖峰到底是什么原因引起的?怎么来消除或者改善?

我们都知道这个尖峰是开关MOS开通的时候出现的,根据FLY回路,Ids电流环为Vbus(C1)经变压器原边、然后经过开关MOS再到Vbus(C1)形成回路。根据初级线圈电感特性,其电流不能突变,MOS开通时呈线性上升,但由于原边线圈匝间存在的分布电容(如下图中CP),在开启瞬间,使Vbus(C1)经分布电容CP到MOS有一高频通路,所以形成一个时间很短的尖峰。

我们知道此尖峰电流是变压器的初级电感的分布参数引起,因此可以从变压器的初级绕组来进行分析,改变这个电容CP的大小就可以改变这个尖峰电流;最直接的是加大间隙来减少耦合,如果绕组只有单层也可以减少耦合;但对于低功率的应用是没法实现的;实际上我们方法就是采用经典的三明治绕法。当然如果对FLY电源的成本没有太高的要求:

比如变压器尽量选用Ae值大的(增大变压器的选用型号),使设计时绕组圈数变少减少层数,从而使层间电容变小。也可减少线与线之间的接触面,达到减少分布电容的目的。

注意:三明治绕法是把原边绕组分开对此尖峰就有改善,还能减少漏感。当然,无论怎样都不能完全避免分布电容的存在,所以这个尖峰是不能完全消除的。并且这个尖峰高产生的振荡,对EMI不利,实际工作影响倒不大。但如果太高可能会引起芯片过流检测的误触发。

因此所以的FLY-开关电源IC内部都会加一个200nS-500nS的前沿消隐时间来防止误触发,就是我们常见的开关电源IC的LEB功能。

在开关MOS关断时,Is电流波形上有个凹陷(如下图3的位置)理论依据是什么?怎么改善?

从上图可以看到;Is 是不等于Id的,Is = Id+Igs(Igs在关断时是负电流,Cgs的放电(关断)电流如下图)。

因此可以看到Id比Is大,是由于IS叠加了一个反向电流,所以出现Is下降拐点。显然要改善这个电流凹陷需要从不同的开关MOS管型号及驱动关断电流来进行对比分析。不同的开关MOS及驱动的关断电阻就会有不同的凹点,这也和EMI的设计有关系!

我们用示波器测试开关MOS管Id的电流波形(如图2处),开关MOS管关断时Id的电流为何会出现负电流?如下图

注意MOS关断时:漏感能量流出给Coss充到高点(FLY漏感的能量不能传递到次级,此时漏感会与开关MOS的结电容形成谐振),即Vds到达反射尖峰的顶点上。到最高点后Lk相位翻转,Coss反向放电,这时电流流出,也就是Id负电流部份的产生(如果在开关MOS的DS间我们有并联的C4时:优化EMI-此Id的负电流会增大)。此负电流会增加开关MOS的发热!因此在电源和EMI的优化和可靠性的设计上,我们要达到一个平衡点!任何的设计要从实际的需求出发;

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