1、2020/7/25,1,Primary side regulated flyback AC-DC,2020/7/25,2,PSR技術,1、PSR技術簡介 1.1 傳統(tǒng)的次級端反饋的缺點 1.2 PSR技術的優(yōu)點 1.3 PSR的應用 2、PSR技術的原理 2.1 flyback 變換器的原理 2.2 如何在原邊檢測輸出電壓Vo和輸出電流Io 2.3 PSR實現(xiàn)恒壓和恒流的原理 2.4 PSR恒壓功能和恒流功能之間如何實現(xiàn)切換 3、PSR的關鍵技術問題,2020/7/25,3,1、PSR技術簡介,采用傳統(tǒng)次級端調(diào)節(jié)反激式轉(zhuǎn)換器,1.1 傳統(tǒng)的次級端反饋的缺點,恒流控制,恒壓控制,2020/7/2

2、5,4,采用傳統(tǒng)次級端調(diào)節(jié)反激式轉(zhuǎn)換器,此方案可提供精確的電壓、電流控制，但缺點是： （1）組件數(shù)目較多 ，電路板空間 ， 成本 ， 可靠性 （2）采樣電阻Ro增加功耗 ， 效率 （3）光耦合器不能工作于高溫環(huán)境下 (Current transfer ratio degradation due to temperature rises) （4）光耦合器存在一個低頻極點（20-30kHz） this low frequency pole complicates the feedback loop design and limits the crossover frequency,2020/7/2

3、5,5,PSR（Primary-Side-Regulation ）： 原邊調(diào)制,1.2 PSR技術的優(yōu)點,在變壓器原邊檢測輸出信息 消除了次級的采樣電路 無須使用TL431和光耦合器 減少組件數(shù)目，降低了整體電路的復雜性 更為高效和優(yōu)化,2020/7/25,6,PSR的典型輸出特性曲線,PSR 反激式變換器的典型輸出V-I 特性,2020/7/25,7,筆記本、手機、數(shù)碼相機等數(shù)碼產(chǎn)品的鋰電子電池的充電器 計算機（PC）的輔助電源 LED 驅(qū)動,1.3 PSR的應用,2020/7/25,8,2、PSR技術的原理,2.1 flyback 變換器的基本原理,Flyback 變換器的原理圖,2020

4、/7/25,9,DCM模式下的電壓、電流波形,Flyback 變換器的原理圖,開關管M導通時：,原邊電流線性增加，斜率為 能量儲存在原邊,開關管M截止時：,副邊電流線性減小，斜率為 能量從原邊傳遞到副邊,2020/7/25,10,2.2 如何在原邊獲取Vo、Io的信息,Io的信息反映在原邊峰值電流Ipk,2020/7/25,11,2.2 如何在原邊獲取Vo、Io的信息,Vo的信息反映在原邊繞組電壓VD-VIN以及 輔助繞組電壓VA上,副邊電流為0時,原邊繞組電壓,輔助繞組電壓,2020/7/25,12,2.2 如何在原邊獲取Vo、Io的信息,原邊繞組電壓,如果在原邊繞組檢測Vo的信息，則需要高

5、壓檢測電路，并且會受原邊漏感耦合噪聲的影響,所以一般是通過輔助繞組檢測Vo的信息,2020/7/25,13,2.2 如何在原邊獲取Vo、Io的信息,Vo的信息反映在原邊輔助繞組電壓VA,Io的信息反映在原邊峰值電流Ipk,能在原邊檢測Vo、Io的信息,2020/7/25,14,2.3 PSR實現(xiàn)恒壓、恒流的原理,2.3.1 恒壓（CV）原理,PSR的輸出電壓,PFM方式：,PWM方式：,保持,不變，檢測,調(diào)整,保持,不變,調(diào)整,開關頻率不固定,開關頻率固定,兩種恒壓方式,根據(jù),2020/7/25,15,2.3.1.1 PWM 恒壓（CV）原理,PSR的輸出電壓,確定,調(diào)整,調(diào)整,Vo恒定,確定

6、,調(diào)整,Vo恒定,調(diào)整,保持,不變,開關頻率固定,2020/7/25,16,PWM方式恒壓原理圖,2020/7/25,17,CV：其他條件不變，RL變化時的調(diào)整過程,2020/7/25,18,CV：其他條件不變，VIN變化時的調(diào)整過程,2020/7/25,19,PWM 恒壓（CV)模式下， 在 最小并且滿載時,PSR的輸出電壓,導通時間 達到最大值 消磁時間 達到最大值,滿載時 最小,不變,，,，,導通時間 達到最大值,滿載時 最小,不變,，,，,達到最大值,最小,達到最大值,達到最大值,2020/7/25,20,PWM 恒壓（CV)模式下， 在 最小并且滿載時,導通時間 ton 達到最大值

7、消磁時間 達到最大值,2020/7/25,21,2.3.1.2 PFM 恒壓（CV）原理,PSR的輸出電壓,保持,不變,開關頻率不固定,負反饋,2020/7/25,22,PFM 恒壓（CV）調(diào)整過程,2020/7/25,23,2.3.2 恒流（CC）原理,PSR的輸出電流,固定時,維持,不變,實現(xiàn)恒流,兩種恒流方式,PFM方式：,PWM方式：,保持,不變，檢測,調(diào)整,保持,不變,調(diào)整,使其不變,開關頻率不固定,開關頻率固定,2020/7/25,24,PFM方式恒流原理圖,保持,不變，檢測,調(diào)整,開關頻率不固定,Ipk固定，檢測出Vo相當 于檢測出,2020/7/25,25,PFM方式恒流調(diào)整過

8、程,2020/7/25,26,PWM方式恒流原理圖,保持,不變,調(diào)整,使其不變,開關頻率固定,實現(xiàn)方式有多種,實現(xiàn)方式1,實現(xiàn),2020/7/25,27,實現(xiàn)方式1的恒流調(diào)整過程,2020/7/25,28,PWM恒流實現(xiàn)方式2原理圖,保持,不變,調(diào)整,使其不變,實現(xiàn)方式2（見專利 US 2008/0112193),開關頻率固定,根據(jù)第n-1個周期 的消磁時間 確定 第n個周期的原邊 峰值電流,2020/7/25,29,實現(xiàn)方式2的恒流調(diào)整過程,2020/7/25,30,PWM恒流實現(xiàn)方式3原理圖,保持,不變,調(diào)整,使其不變,實現(xiàn)方式3（見專利 US 7505287),開關頻率固定,根據(jù)第n-1

9、個周期 的消磁時間 以及 輸入電壓 確定 第n個周期的導通時間,2020/7/25,31,實現(xiàn)方式3的恒流調(diào)整過程,輸入Vin不變，負載變化時：,負載不變，輸入Vin變化時：,2020/7/25,32,2.4 PSR恒壓功能和恒流功能之間如何實現(xiàn)切換,以一個具體的PSR為例說明恒壓和恒流之間的切換過程,恒壓（CV）,PWM方式,恒流（CC）,PFM方式,具有CV和CC功能的PSR（PWM方式實現(xiàn)恒壓；PFM方式實現(xiàn)恒流）,恒壓,恒流,？,2020/7/25,33,恒壓（CV）時實際起作用的電路部分,恒壓（CV）時沒有起作用,OSC根據(jù)輸出電壓Vo調(diào)整脈沖的頻率；CV時Vo不變，所以OSC輸出頻

10、率固定的脈沖信號,（PWM恒壓原理可參考2.3.1.1小節(jié)）,PSR恒壓工作（CV）時,功率管M的關閉由比較器1決定,PSR工作在PWM方式恒壓,2020/7/25,34,恒流（CC）時不起實際作用,恒流（CC）時起實際作用,OSC根據(jù)輸出電壓Vo調(diào)整脈沖的頻率；CC時Vo變化，OSC根據(jù)采樣到的Vo信息調(diào)整輸出脈沖的頻率,（PFM恒流原理可參考2.3.2 小節(jié)）,PSR恒流工作（CC）時,功率管M的關閉由比較器2決定,PSR工作在PFM方式恒流,2020/7/25,35,RL減?。ㄘ撦d加重）,開始由CV 向CC切換,PWM 方式的 CV向PFC方式的 CC的切換過程,2020/7/25,36

11、,3、PSR的關鍵技術問題,（1）芯片的低啟動電流和較大的UVLO滯回窗口 （2）EMI問題 （3）輕載時的效率 (4) 前沿消隱 （5）如何在原邊精確檢測副邊的消磁時間 （6）如何在原邊精確檢測輸出電壓Vo （7）對輸出整流二極管D的溫度補償 (8) zero-voltage switching,2020/7/25,37,（1）低啟動電流，較大的UVLO窗口,齊納二極管（Zener）串聯(lián)，施密特觸發(fā)器實現(xiàn)滯回窗口,VDD達到開啟閾值,POR信號,打開模擬電源供電和數(shù)字電源供電,VDD未達到開啟閾值,POR信號,關閉模擬電源供電和數(shù)字電源供電,低啟動電流,2020/7/25,38,（2）EMI

12、 問題,跳頻技術（frequency hopping）通過將能量分散到比EMI測試儀帶寬更廣闊的范圍，從而實現(xiàn)降低EMI,EMI：電磁干擾 危害：干擾電網(wǎng)，高頻輻射，降低效率 解決辦法：跳頻（frequency hopping）,2020/7/25,39,（3）輕載時的效率,輕載時開關損耗增大，效率降低,降頻，減小開關損耗，提高效率,2020/7/25,40,（4）前沿消隱（LEB）,開關管導通瞬間存在電流尖峰 可能導致芯片誤操作,電流比較器在開關導通后 的一小段時間不工作 ，避免誤操作,設計前沿消隱電路 （Lead Edge Blank）,2020/7/25,41,（5）檢測副邊的消磁時間,副邊電流的過零點,輔助繞組振鈴電壓的過零點,轉(zhuǎn)化,檢測消磁時間 的重要性,2020/7/25,42,（6）如何在原邊檢測輸出電壓Vo,輸出整流二極管D的非線性,次級端存在寄生電阻R 引起的IR壓降,在原邊精確檢 測輸出電壓Vo 很困難,副邊消磁完畢時電流為0， 輸出整流二極管的正向電壓Vf和 寄生電阻的IR壓降都為0,副邊繞組的電壓就等于輸出電壓Vo， Vo耦合到原邊就可以在原邊 精確檢測到輸出電壓,2020/7/25,43,（7）對輸出整流二極管D的溫度補償,沒有溫度補償時：,隨著T的增加而減小，則Vo隨T增加而增