方案

【别踩雷】PSR应用Top5雷区及对策

发布时间 2020-03-18 |

| 返回

PSR因节省光耦及431反馈网络而被广泛应用于充电器、适配器、 LED照明等领域。与传统SSR架构相比，PSR在反馈方式、控制策略上差异较大，应用上出现了一些与SSR截然不同的新问题。

本期芯朋微技术团队梳理了PSR应用的五大热点问题，并给出原理分析及解决对策，让各位粉丝从电源设计源头上彻底避开这些“雷区”。

TOP1

空载电压易超规？

问

为什么PSR电源易出现空载输出电压不稳或输出电压虚高？

答

如图1所示，PSR芯片通过采样变压器辅助绕组开关波形来捕捉输出电压，经内部闭环控制调节开关频率fs(空载时)来稳定输出电压。

图1 PSR反激电源典型应用图

空载时FB工作波形如图2所示，因消磁时间Tdmg最短、工作频率fs最低，对PSR控制芯片而言，输出电压反馈调节难度最大。

图2 FB工作波形

划重点

针对我司PN8370、PN8680、PN8386、PN8390等芯片应用时，应确保:

系统最小消磁时间Tdmg_min大于2us，避免芯片FB采样点偏离去磁平台造成输出电压不稳或偏高；

系统的空载fs大于芯片允许的最低工作频率，避免能量失衡引起的输出电压虚高。

TOP2

启动误保护

问

为什么PSR电源在重载下容易不启动而轻载可以启动?

答

PSR芯片FB脚集成丰富保护功能如输出欠过压保护、消磁异常保护、开环保护。如3所示，重载启动时，当FB脚无滤波电容时FB工作波形因漏感振荡紊乱，易触发FB内部保护；FB并联几十pF电容后漏感振荡被滤除，电源则可正常启动。

无滤波电容

并联47pF滤波电容

图3 FB工作波形对比

划重点

我司PN8370、PN8680、PN8386、PN8390等芯片应用时，FB脚一般推荐并联几十pF电容。当FB脚没有并联电容时，量产时需严格控制变压器漏感感量。此外，也可选择内部集成滤波电容的PN8611系列(如图4所示)，以上问题迎刃而解。

图4 PN8611的FB脚示意图

TOP3

500k附近传导超标

问

为什么PSR电源的传导容易在500k附近超标？

答

PSR电源一般工作在DCM模式，如图5所示，在消磁结束后，变压器励磁电感和寄生电容产生自由振荡，fosc振荡频率一般在500k左右。该频点易超标的原因如下：

a. 相比SSR，PSR电源多工作在DCM模式，而Tosc时间越长，该频点干扰源能量越多；

b. 相比SSR，PSR抖频范围变小，开关频率分量引起的干扰频谱相对集中，叠加的干扰分量增多；

c. 相比SSR，PSR多应用于小体积的充电器和适配器，Vds干扰源更易通过位移电流形式直接耦合至LISN。

图5 VDS开关工作波形

划重点

反激变换器的简化共模干扰模型如图6所示，其中V1、V2、V3分别代表主开关管、供电二极管、次级整流二极管干扰源，Cpg、Cash、Csp、Csa、Csg、Coe为寄生电容。优化变压器结构，使得示波器观测到的开关波形导通平台电压在2V以内，将流入LISN的共模电流降至最低。

图6 反激变换器传导分析模型

优化PCB布线，如下图所示，使得V1干扰源SW点与L点的距离大于6mm。

图7 反激电源PCB布局

TOP4

OCP点与CS电阻的反常关系

问

已经量产的电源，通过修改CS电阻改变OCP点，发现把CS电阻调小，OCP点上不去；而把CS电阻调大，输出电压易稳定，为什么会出现这种反常现象？

答

这样反常关系是由PSR的恒流功能所致。PSR与SSR的变压器设计差异较大，PSR需要根据恒流点计算变压器匝比和Ipk_max，进而计算圈数和线径。在DCM 模式下，变压器原副边电流波形如图8所示，PSR通过控制去磁占空比实现恒流：

图8 变压器原副边电流波形

划重点

如果直接减小Rcs，变压器容易出现饱和，原副边电流不再是线性变化的三角波，而是非线性变化的指数电流，根据面积法易知恒流点反而下降，OCP点上不去。

如果直接增大Rcs，电源的工作频率fs会随Ipk减小而升高、消磁时间Tdmg会缩短，触发限频或输出电压采样错误，从而导致输出电压异常。

因此，单单通过CS电阻只能微调OCP点。PN8370、PN8680、PN8386等芯片应用时，CS电阻的改变一定确认Bmax、fs、Tdmg等是否在合理范围以内。

TOP5

90Vac输出电压纹波大

问

90Vac输入时，输出纹波为什么易超规？

答

由DCM模式PSR的恒流原理可知，变换器的最大占空比限定在0.5以内，而SSR的最大占空比一般在0.7左右。

因此，90Vac时PSR电源容易不满足以上限定，在半个工频周期内，不满足以上约束关系的时间越长，输出电压纹波则越大。

划重点

对于我司DCM 芯片PN8370、PN8680、PN8386等均需满足以上约束，可通过减小变压器匝比或增大高压电解电容来满足。

对于CCM模式PSR芯片如PN8390，由于占空比可以为0.67，占空比约束则容易满足，应用时仅需合理选取FB上偏电阻即可(推荐值24k，该电阻影响芯片对输出电压纹波的优化控制) 。

方案

【别踩雷】PSR应用Top5雷区及对策

在线问答