開關(guān)電源" target="_blank">開關(guān)電源(Switch Mode Power Supply，簡稱SMPS)，又稱開關(guān)電源、開關(guān)變換器，是一種高頻功率變換裝置，是電源的一種。

1、變壓器飽和

當(dāng)變壓器(及開關(guān)管)在高電壓或低電壓輸入(包括輕負(fù)載、重負(fù)載或容性負(fù)載)、輸出短路、動(dòng)態(tài)負(fù)載或高溫的情況下導(dǎo)通時(shí)，通過變壓器的電流(和開關(guān)管)非線性增長。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，峰值電流值無法預(yù)測或調(diào)節(jié)，從而導(dǎo)致電流過大，并因過壓而損壞開關(guān)管。

容易飽和：

1)變壓器電感過大;

2)圈數(shù)太少;

3)變壓器的飽和電流點(diǎn)小于IC的最大限流 點(diǎn) ;

4)無軟啟動(dòng)。

解決方案：

1)降低IC的限流點(diǎn) ;

2)加強(qiáng)軟啟動(dòng)，使通過變壓器的電流包絡(luò)上升得更慢。

當(dāng)前信封

2、Vds過高

Vds 的應(yīng)力要求：

在最惡劣的條件下(最高輸入電壓、最重負(fù)載、最惡劣環(huán)境溫度、上電或短路測試)，Vds 的最大值不應(yīng)超過指定規(guī)格的 90%。

降低Vds的方法：

1)降低平臺(tái)電壓：減少變壓器原、副邊匝數(shù)比;

2)降低尖峰電壓：

1、減少漏感：

當(dāng)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，變壓器的漏感儲(chǔ)存能量，這是產(chǎn)生峰值電壓的主要原因?？梢酝ㄟ^降低漏感來降低峰值電壓。

2、調(diào)整吸收電路：

①采用TVS管;

② 使用速度較慢的 二極管，其本身可以吸收一定的能量(尖峰);

③ 插入阻尼電阻可以使波形更加平滑，有利于降低EMI。

3、IC溫度過高

原因及解決辦法：

1)內(nèi)部 MOSFET 損耗過大：

開關(guān)損耗過高，變壓器的寄生電容過高，導(dǎo)致MOSFET的 開通 和關(guān)斷電流與Vds之間存在巨大的交叉面積。解決辦法：增加變壓器繞線距離以減小層間電容，或者如果繞制多層，則在層間加一層絕緣膠帶(層間絕緣)。

2)散熱不良：

將熱量傳送到 PCB 的引腳 及其上的銅箔占 IC熱量的很大一部分。應(yīng)多涂焊料，并盡可能擴(kuò)大銅箔面積。

3) IC周圍空氣溫度 過高：

IC 應(yīng)放置在空氣流通良好的地方，并應(yīng)遠(yuǎn)離零件溫度過高的地方。

4、空載、輕載無法啟動(dòng)

現(xiàn)象：

空載、輕載無法啟動(dòng)， Vcc 在啟動(dòng)電壓和關(guān)斷電壓之間反復(fù)跳變。

原因：

空載和輕載時(shí)， Vcc 繞組感應(yīng)電壓過低，進(jìn)入反復(fù)重啟狀態(tài)。

解決方案：

增加Vcc繞組匝數(shù)，降低Vcc限流電阻，正確添加假負(fù)載。增加Vcc繞組匝數(shù)、減小Vcc限流電阻后，如果重載時(shí)Vcc過高，請參考穩(wěn)定Vcc的步驟。

5、啟動(dòng)后無法重載

原因及解決辦法：

1) 重載時(shí)Vcc太高

負(fù)載較重時(shí)Vcc繞組的感應(yīng)電壓較高，當(dāng)Vcc過高并達(dá)到 IC 的OVP點(diǎn)時(shí)， 會(huì)觸發(fā)IC 的過壓保護(hù)，導(dǎo)致無輸出。 如果電壓升高超過 IC 的承受能力，IC將 被損壞。

2) 內(nèi)部限流被觸發(fā)

1、限流點(diǎn)太低

如果在重負(fù)載和容性負(fù)載下限流點(diǎn)太低，則流經(jīng)MOSFET的電流受到 限制而不足，導(dǎo)致輸出不足。增加限流引腳電阻和限流點(diǎn)作為補(bǔ)救措施。

2、電流上升斜率過大

如果上升斜率過大，電流峰值會(huì)更高，更容易觸發(fā)內(nèi)部限流保護(hù)。解決方案是增加電感而不使變壓器飽和。

6、待機(jī)輸入功率大

現(xiàn)象：

空載和輕載時(shí)Vcc不足。這種情況會(huì)導(dǎo)致空載和輕載時(shí)輸入功率過高，輸出紋波過大。

原因：

輸入功率過大的原因是當(dāng)Vcc不足時(shí)， IC 進(jìn)入重復(fù)啟動(dòng)狀態(tài)，經(jīng)常需要高電壓給Vcc電容充電，導(dǎo)致啟動(dòng)電路失效。如果在啟動(dòng)引腳和高電壓之間串聯(lián)一個(gè)電阻，此時(shí)電阻的功耗會(huì)較大，因此啟動(dòng)電阻的功率要足夠。

電源 IC 未進(jìn)入 Burst Mode 或已進(jìn)入Burst Mode，但Burst頻率過高，開關(guān)持續(xù)時(shí)間過長，開關(guān)損耗過高。

解決方案：

調(diào)整反饋參數(shù)，降低反饋速度。

7、短路功率過大

現(xiàn)象：

當(dāng)輸出短路時(shí)，輸入功率過高，Vds過高。

原因：

輸出短路時(shí)重復(fù)脈沖較多，同時(shí)開關(guān)管電流峰值很大，導(dǎo)致輸入功率過高，開關(guān)管電流在內(nèi)部儲(chǔ)存過多能量。漏感，導(dǎo)致開關(guān)管關(guān)斷時(shí)Vds較高。

當(dāng)輸出短路時(shí)，開關(guān)管會(huì)因以下兩種原因之一而停止工作：

1)通過這種方式觸發(fā)OCP可以使開關(guān)動(dòng)作立即停止

1. 觸發(fā)反饋引腳的OCP;

2、開關(guān)動(dòng)作停止;

3. Vcc下降至IC關(guān)斷電壓;

4. Vcc 回升至 IC 啟動(dòng)電壓并重新啟動(dòng)。

2) 觸發(fā)內(nèi)部限流

使用該方法時(shí)，可用占空比受到限制，當(dāng)Vcc達(dá)到 UVLO下限時(shí)停止開關(guān)動(dòng)作 ;然而，Vcc達(dá)到UVLO下限所需的時(shí)間 較長，因此開關(guān)動(dòng)作維持的時(shí)間較長，輸入功率較高。

1.觸發(fā)內(nèi)部限流，占空比受限;

2. Vcc下降至IC關(guān)斷電壓;

3、開關(guān)動(dòng)作停止;

4. Vcc 回升至 IC 啟動(dòng)電壓并重新啟動(dòng)。

解決方案：

1) 減少電流脈沖的數(shù)量，以便在輸出短路時(shí)激活反饋引腳的 OCP，從而使開關(guān)過程立即停止并減少電流脈沖的數(shù)量。這意味著當(dāng)發(fā)生短路時(shí)，反饋引腳上的電壓應(yīng)該上升得更快。因此，反饋引腳的電容應(yīng)保持最小。

2) 降低峰值電流。

8、空載、輕載輸出紋波過大

現(xiàn)象：

空載或輕載時(shí)Vcc不足。

原因：

當(dāng)Vcc不足時(shí)，振蕩器IC會(huì)在啟動(dòng)電壓(如12V)和關(guān)斷電壓(如8V)之間間歇性地長時(shí)間工作，為輸出提供短暫的能量，然后長時(shí)間停止，導(dǎo)致電容器存儲(chǔ)放電。由于沒有足夠的能量來維持輸出穩(wěn)定，輸出電壓會(huì)下降。

解決方案：

保證在任何負(fù)載條件下都能穩(wěn)定提供Vcc。

現(xiàn)象：

Burst Mode下間歇工作的頻率太低，輸出電容的能量在該頻率下無法保持穩(wěn)定。

解決方案：

在滿足待機(jī)功耗要求的情況下，適當(dāng)提高間歇工作頻率和輸出電容。

9、過載、容性負(fù)載無法啟動(dòng)

現(xiàn)象：

可以輕載啟動(dòng)，啟動(dòng)后可以重載啟動(dòng)，但不能重載或大容性負(fù)載啟動(dòng)。

總體設(shè)計(jì)要求：

無論輸入電壓是最低還是最低(如10000uF)，輸出電壓必須在20mS內(nèi)上升到穩(wěn)定值。

原因及解決方案(如果Vcc在其典型工作范圍內(nèi))：

下面以容性負(fù)載C=10000uF為例進(jìn)行分析。

根據(jù)規(guī)范，輸出必須在 20 毫秒內(nèi)升至穩(wěn)定的輸出電壓(例如 5V)。

E=0.5*C*V^2

電容 C 越高，在 20 毫秒內(nèi)從輸入傳輸?shù)捷敵龅哪芰烤驮蕉唷?

2)增加首次啟動(dòng)時(shí)傳輸能量所需的時(shí)間，即延長 Vfb 上升時(shí)間(到達(dá)OCP保護(hù)點(diǎn)之前)。

延長 Vfb 的上升時(shí)間

該 FSQ0170RNA 芯片上的電感電流控制是以 Vfb 作為參考電壓，Vfb 電壓的波形與電感電流包絡(luò)成正比?？刂芕fb的上升時(shí)間可以調(diào)節(jié)電感包絡(luò)線的上升時(shí)間，從而增加能量傳輸?shù)臅r(shí)間。

IC的OCP功能是通過感測Vfb何時(shí)達(dá)到 Vsd (例如6V)來實(shí)現(xiàn)的。因此，可以延長 Vfb 的上升時(shí)間，以最小化 Vfb 斜率。

當(dāng)輸出電壓未達(dá)到正常值且反饋引腳電壓Vfb已達(dá)到保護(hù)點(diǎn)時(shí)，能量傳輸時(shí)間不足。當(dāng)負(fù)載較重或容性負(fù)載時(shí)，輸出電壓上升緩慢，加在光耦上的電壓較低，流過光耦二極管的電流較小，光耦光敏管處于高阻狀態(tài)(容易導(dǎo) 通 )關(guān)閉)較長一段時(shí)間。連接至反饋引腳的電容器可通過 IC 的內(nèi)部電流源更快地充電。如果Vfb在這段時(shí)間內(nèi) 上升到保護(hù)點(diǎn)(例如6V)，MOSFET將被關(guān)斷。 由于輸出無法達(dá)到正常值，導(dǎo)致啟動(dòng)失敗。

解決方案：

當(dāng)輸出電壓達(dá)到正常值時(shí)，反饋引腳電壓Vfb仍然小于保護(hù)點(diǎn)。使 Vfb 遠(yuǎn)離保護(hù)點(diǎn)并緩慢爬升，或減小 Vfb 上升的斜率，以使輸出有足夠的時(shí)間上升到其通常值。

1. 增加反饋電容(C9)會(huì)降低 Vfb 從 D 線到 A 線的上升斜率，如圖所示。然而，如果反饋電容太大，則會(huì)干擾正常工作條件，減慢反饋速度，并增加輸出紋波。因此，電容不能波動(dòng)太大。

2、由于方法A的不足，在反饋引腳并聯(lián)穩(wěn)壓管(D6，3.3V)串接一個(gè)電容(C7)。當(dāng)Vfb小心時(shí)：這種方法不會(huì)干擾正常工作，因?yàn)锽 行中指出。

1)加大反饋腳電容(包括穩(wěn)壓管串電容)，對于容性負(fù)載很大的問題影響最小;

2) 提高峰值電流限制點(diǎn)I limit ，以及穩(wěn)態(tài)OCP點(diǎn)。在容性負(fù)載和最小輸入的情況下，必須檢查變壓器是否會(huì)飽和。

3)若要保持限流點(diǎn)，應(yīng)增大R10C11;然而，在超級電容負(fù)載(10000uF)的情況下，5Vsb的上升時(shí)間可能會(huì)增加到20mS以上，因此應(yīng)該檢查該方法，看看動(dòng)態(tài)響應(yīng)是否受到太大影響。;

4)431的偏置電阻R10太小，并聯(lián)431的C11要大一些;

5)為了保證上升時(shí)間，可以同時(shí)采用增加OCP點(diǎn)和增加R10×C11的方法。

10、空載、輕載輸出去抖

當(dāng)輸入關(guān)閉時(shí)，5V 輸出將減小，Vcc 也將減小，IC 將停止工作。但在空載或輕載時(shí)，大容量PC電源和巨大電容的電壓無法快速下降，高壓啟動(dòng)引腳仍能接收到較大電壓。電流重新啟動(dòng) IC。5V 輸出再次去抖。

解決方案：

當(dāng)大電容的電壓下降到相當(dāng)高的水平時(shí)，不足以為IC提供足夠的啟動(dòng) 電流。因此在啟動(dòng)引腳上串接了一個(gè)大的限流電阻。

巨大的電容電壓在接入整流橋之前對啟動(dòng)沒有影響。當(dāng)輸入電壓關(guān)閉時(shí)，啟動(dòng)引腳電壓可能會(huì)迅速下降。

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