电源管理-返驰式隔离电源设计问题的解决技巧

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1、电源管理－返驰式隔离电源设计问题的解决技巧在设计返驰式电源供应器除了会考虑到变压器之设计、输出滤波电感、输出与输入电容的选择及封闭回路补偿的计算外，有一些其他事项如分谐波振幅、音频噪声、定功率限制等亦不可以被忽略。本文将针对使用返驰式架构设计电源供应器常遇到的问题，提出一些解决方案。■斜率补偿对电流控制模式（currentmodecontrol）之电源转换器，当输入电压降低，相对应之工作周期（dutycycle）增加，当工作周期大于50%时会产生分谐波振荡如（图1、2）所示电感电流差（ΔIi）渐增，系统振荡。我们可利用回授斜率补偿电路（图3）

2、来避免分谐波振荡。在原来回授电容（CB）串联CSL到地，并连接RSL到辅助绕组构成回授斜率补偿电路。其斜率如等式（1）▲图1.工作周期与相对应之电感电流。▲图2.一次侧MOSFET之电压、电流及回授电压。其中Vfb为回授电压、Ids为一次侧MOSFETDrain电流、Vds为一次侧MOSFETDrain电压。举例说明：当VDC=60V，dutycycle>0.5，使用回授斜率补偿电路RSL=2.4kΩ，CSL=33nF。其量测结果如图4。▲图3.斜率补偿电路及其波形。▲图4.斜率补偿后之量测波形（VDC=60V，RSL=2.4k?Ω，CSL=

3、33nF）。同时，此斜率补偿电路亦可减少在BurstMode工作模式下输出之功率（见图5与图6），同时可降低音频噪声。▲图5.使用FSDM0565无斜率补偿之波形。▲图6.使用FSDM0565.斜率补偿后之波形。■降低音频噪声音频噪声主有两个来源：一为当变压器最低振动频率（fundamentalfrequency）低于20KHz时，会产生音频噪声（图7）。另一个为用于RCD（电阻、电容、二极管）Snubber之陶瓷电容具有压电特性，亦会产生音频噪声。而音频噪声强度与电流流过变压器及（或）Snubber电容的大小及最低振动频率有关。要减低音频噪

4、声，可运用下列方法：▲图7.BurstMode之Ids波形与最低振动频率。◎方法1：变压器含浸，以固定变压器绕线。◎方法2：降低Snubber电容值以减低Snubber之电容电流（图8）。◎方法3：改变Snubber电容型态如使用薄膜电容（图9）。▲图8.降低Snubber电容之前后波形。▲图9.薄膜电容与陶瓷电容。◎方法4：藉着斜率补偿电路以降低MOSFETDrain峰值电流。◎方法5：如图10、人耳对2~4KHz音频最灵敏，因此把最低振动频率移离此特定范围，如降低最低振动频率。▲图10.人耳对不同声音及频率之等响度曲线。参照图11：降低R

5、F，或增加CF、RD、CB以降低最低振动频率。▲图11.回授补偿电路。由图12、13、14得知fF（fundamentalfrequency）经由降低Rf再增加Rd，其值由原来1.7KHz降为1.2KHz更降为人耳较不灵敏之142Hz频率。▲图12.原始设定值之回授补偿电路波形。▲图13.Rf降为1.2K欧姆之回授补偿电路波形。▲图14.Rf降为1.2K且Rd增加为1K欧姆之回授补偿电路波形。■定功率限制定功率限制可保护所使用功率元件之可靠度，但如图15所示，因为线路之延迟效应，pulse-by-pulse之电流限流点随着输入电压增加而增加，

6、使得维持定功率亦相对困难（图16）。因此，需要使用限流补偿电路来帮助达成定功率限制之目的。▲图15.实际限流点因线路延迟随着输入电压增高而增高。▲图16.功率限制点因电流限制点增高而增高。在可于外部调整限流点之电路应用中，参照图17加入RY、CY与二极管以构成限流补偿电路。其关系等式如下：其中：◎VY为CY的电压。◎VDC为经桥式整流后之直流输入电压。◎Na为辅助绕组圈数。◎Np为一次侧绕组圈数。在固定限流电阻的条件下，固定5V输出电流、但增加12V输出电流，及增加5V输出电流两种测试，来验证使用限流补偿电路前后之功率限定值。实验结果如表1至

7、表4。▲图17.限流补偿电路。▲图18.经限流补偿后可达到定功率限制。▲表1未使用限流补偿电路时，固定5伏特输出，调升12伏特输出电流之功率限制值。▲表2使用限流补偿电路时，固定5伏特输出，调升12伏特输出电流之功率限制值。▲表3未使用限流补偿电路时，调升5伏特输出电流之功率限制值。▲表4使用限流补偿电路时，调升5伏特输出电流之功率限制值。■Snubber设计二次侧整流二极管RCSnubber：当二次侧整流二极管关断时，因整流二极管电容与变压器漏感会产生振荡（图19）。因此，为了抑制这一现象，另外增加一路谐振电路，如图（20）。其关系等式为：

8、从图21对应频率之阻抗曲线图得知，增加一路谐振电路后，可抑制负阻抗产生而避免振荡现象。▲图19.二次侧变压器绕组两端点电压波形。▲图20.二次侧漏感与整流二极管之输