听大师分析Flyback变换器的高频回路的设计！
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反激式变换器的特点 ●元器件最少、结构最简单; ●方便地实现电气隔离，而且仅需一级功率变换实现隔离的AC/DC、DC/DC、DC/AC和AC/AC; ●双向功率流，功率可以从几瓦到100多瓦; ●适配器、充电器、dc/dc模块电源、高压电源和LED电源等
头疼的噪声 ●电路不能工作? ●音频噪声? ●输出不稳? ●电路保护总是误动作? ●输出纹波不正常? ●高频噪声从哪里来的? ●效率低? ●开关波形尖峰大? ●EMI性能超出Class B的限值? ●……
摘要 ●深入分析 高频回路 ●采取措施 抑制噪声 ●均衡面对 设计冲突 ●总结 深入分析 高频回路 ◆常见的反激式(Flyback)变换器拓扑;
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.辅助绕组回路 6.原边控制回路 7.副边控制回路 ①原边功率回路 ●原边晶体管开通和关断时，产生高频的di/dt和dv/dt回路1。 ●回路1中Ids_Q1的电流主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产生影响;
②副边功率回路 ●原边晶体管开通时，产生高频的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在常温和高温反向阻断特性 --Prr=0.05mA*100V=0.005W@25C Tj --Prr=20mA*100V=2W@100C Tj
●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不能分担C6的纹波电流; --共模电感Lc：由于漏感的存在，共模电感Lc可以同时起到共模和差模滤波的效果，而且C7能分担C6的纹波电流;
③钳位吸收回路 ●原边晶体管开通时，产生高频的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 ???
●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 ●原边晶体管开通时，产生高频的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 ???
●过快的开通晶体管对效率没有帮助，反而会造成高频噪声，通过变压器绕组耦合到输出;
⑤辅助绕组回路 ●原边晶体管开通时，产生高频的di/dt和dv/dt回路5 。 ●回路5中辅助绕组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; ●原边晶体管开通时，产生高频的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解决噪声问题的关键。
采取措施抑制噪声 ◆常见的抑制噪声措施 ●变压器设计 ●元器件选择 ●布线技巧 --单点接地，避免回路间耦合; --利用高频电容，缩小高频回路面积; --通过布线，进一步地减小高频噪声; --通过布线，尽量减小接地阻抗; ◆单点接地，避免回路间耦合 ●关注最敏感的控制回路; ●控制回路、驱动回路，采样回路与功率回路的单点接地; ●辅助绕组回路的单点接地。
●控制回路、驱动回路，采样回路与功率回路的单点接地;
◆利用高频电容，减小回路面积 ●通过高频电容C2、C8、C5和C7，减小回路1、2、3和5的面积;
◆通过布线，进一步减小高频噪声 ●通过布线尽量地缩小高频回路面积; ●有利于减小高频回路的噪声。
●通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噪声。
◆通过布线，进一步减小高频噪声 ●尽量利用大面积的铺地，减小高频噪声; ●多层板布线，尽量用专门一层作为地平面; ●有利于减小高频噪声。
◆通过布线，尽量减小接地阻抗 ●良好的接地线宽度必须>100mil; ●<100mil地线宽度只能作为电气接地; ●地线尽量避免跳线、过孔连接或通过单一过孔连接; ●当地线和其它线路冲突时优先地线走线。 ●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造成的影响远大约寄生电容。
●考虑过孔的阻抗特性和PCB工艺，尽量避免打单一的过孔; ●通过打多个过孔降低过孔引起的阻抗，提高PCB质量; ●尽量避免地线通过过孔连接; ●如果不可避免，尽量通过多个过孔，尽量加大钻孔直径。
●大面积敷铜用隔热带与焊盘连接; ●为散热而敷铜，避免不对称性引起的PCB变形; ●敷铜与SMT器件两端焊盘应该保证散热对称性;
均衡面对设计冲突 ◆噪声与安规 ●优先级最高，必须首先符合安规要求; ◆噪声与结构 ●外形要求和连接器必须符合客户要求; ◆噪声与热 ●需要符合安规、客户要求和可靠性要求; ◆噪声与工艺 ◆噪声与可检测性 ◆噪声与可维修性 总 结 ◆抑制噪声必须从噪声回路着手; ◆变换器设计必须关注高频噪声回路; ◆在抑制噪声的同时必须权衡设计要点冲突; ◆好的设计需要设计团队紧密地合作。 |
