Flyback SSR及PSR控制器應(yīng)用方案解析

LD5523E2設(shè)計應(yīng)用于網(wǎng)通產(chǎn)品可減少組件數(shù)對應(yīng)產(chǎn)品小型化設(shè)計且可容易替換副邊反饋控制方案。

1. Flyback副邊反饋(SSR)及原邊反饋控制(PSR)背景說明

Flyback電路電壓環(huán)反饋控制分為副邊(SSR)及原邊(PSR)反饋電路，圖1為SSR副邊反饋電路，采用AP431內(nèi)部的參考電壓2.5V搭配外部反饋補償電路調(diào)整，圖2為PSR原邊反饋電路，采用初級IC FB pin內(nèi)部參考電壓2V并搭配comp pin反饋補償電路調(diào)整。

PSR原邊反饋控制特性

優(yōu)點：電路組件少及成本優(yōu)勢適用于小型化設(shè)計

缺點：因電壓反饋響應(yīng)速度慢于動態(tài)負載，電壓調(diào)整率相較SSR略差些

以PSR LD5523E2替換SSR LD5523說明

兩套方案Pin-Pin可以直接替換，步驟說明如下

步驟1：移除二次側(cè)431及光耦合器參考圖1紅圈

步驟2：Comp pin增加R C電路及輸出加假負載參考圖2紅圈

圖1：LD5523 SSR原邊反饋控制電路圖

圖2：LD5523E2 PSR副邊反饋控制電路圖

2. Flyback SSR及PSR功能及保護差異

表1說明SSR及PSR功能及保護差異

表1：LD5523 SSR及LD5523E2 PSR功能對比表

3. PSR LD5523E2特點

QR+CCM控制(Mulit-mode controller)

QR+CCM控制主要對應(yīng)能效DOE6及COC2的規(guī)范，當(dāng)負載條件10%-50%操作在QR模式波谷切換降低切換損失，負載條件75%-100%操作在CCM提升滿載時的效率，相較于QR控制的方案，QR+CCM控制變壓器可降低Bmax及提升利用率。

CCM操作頻率75KHZ(低壓輸入)及65KHZ(高壓輸入)

低壓輸入CCM頻率75KHZ設(shè)計可降低變壓器磁飽和，高壓輸入系統(tǒng)操作在QR時可降低切換損失提升效率

啟動時調(diào)整Vcs_max限制變壓器磁飽和(Adjustable start-up Vcs-max limit for Bsat)

當(dāng)AC輸入時初級的開關(guān)會提供最大的能量，使輸出電壓建立到設(shè)定的范圍，此時為避免變壓器有磁飽和的風(fēng)險，調(diào)整CS pin串聯(lián)電阻可以調(diào)整VCS_max level并限制能量。

低壓輸入輸出電壓紋波補償功能(Output voltage ripple reduce at low line input voltage)

低壓輸入時，橋式整流后的高壓電容之電壓紋波會影響輸出電壓紋波，此電壓紋波補償主要是在高壓電容電壓在波谷時進行補償達到降低輸出紋波功能。

OLP設(shè)計

SSR LD5523原邊反饋OLP誤差約為+/-20%

OLP誤差參數(shù)：變壓器電感+/-7%，電流檢測電阻+/-1%，IC內(nèi)部Vcs+/-4%，切換頻率+/-8%

PSR LD5523E2副邊反饋OLP誤差約為+/-8%：

影響OLP誤差參數(shù)：IC參數(shù)+/-7%及電阻+/-1%

4. LD5523E2功能應(yīng)用說明

圖3說明各Pin功能應(yīng)用，以下功能為IC的特點說明其中保護功能包含輸出過壓保護(OVP)，輸出過載保護(OLP)，副邊二極管短路保護(SDCP)輸入啟動/輸入欠壓保護(AC Brown in/Brown out)，過溫度保護(CS OTP)，波谷(QR)偵測等功能。

圖3：LD5523E2 IC Pin腳功能應(yīng)用

4.1 FB Pin應(yīng)用說明

4.1.1 輸出電壓及線補設(shè)定

輸出電壓調(diào)整設(shè)定如圖4說明：FB pin依據(jù)VFB正半周總時間的40%為取樣電壓并已IC內(nèi)部參考電壓2V作比較，設(shè)計公式Vo=2×(1+(Ra/Rb))×(Ns/Na)-VF，設(shè)計需留意Vcc diode需采用快回復(fù)式的Trr<500ns

輸出電壓線補設(shè)定：

輸出電壓線補設(shè)定如圖5說明：IC依據(jù)滿載(IRATED)及OLP(IOLP)設(shè)定線損補償?shù)?a href="http://ttokpm.com/tags/電流/" target="_blank">電流(ILC)

設(shè)計公式Vo=(2+ILC×(Ra//Rb))×(1+Ra/Rb)×(Ns/Na)-VF

案例說明：

參數(shù)設(shè)定變壓器Np=69T，Na=12T，Ns=9T，F(xiàn)B pin Ra=200K，Rb=28K，IOLP=2.9A，IRATED=2A，VF=0.1

輸出電壓Vo=2×(1+(Ra/Rb))×(Ns/Na)-VF=2×(1+(200K/28K))×(9/12)-0.1=12.11V

輸出電壓線補Vo=(2+ILC×(Ra//Rb))×(1+Ra/Rb)×(Ns/Na)-VF=(2.1×8.14×0.75)-0.1=12.7V

圖4：輸出電壓調(diào)整設(shè)計

圖5：線損補償電流(ILC)設(shè)計

4.1.2 AC Brown in/out，Buck OVP設(shè)定

當(dāng)初級MOS導(dǎo)通時FB pin VFB為負半周時此電壓為VDC×(Na/NP)。其中，VDC為高壓電容電壓，此負半周電壓除以FB pin上偏電阻Ra所得到的電流IFB，當(dāng)VDC電壓越高表示輸入電壓越高，當(dāng)IFB電流高于IBNI時進行AC Brown in低于IBO時進行AC Brown out如圖6 AC，另外IFB電流大于IBulkCap時IC進行Bulk OVP設(shè)定時進行保護。

AC Brown in/out/OVP計算方式：

圖6：AC Brown in/out/Bulk Cap OVP設(shè)計

案例說明：

變壓器參數(shù)設(shè)定NP=69T，Na=12T，Ns=9T，F(xiàn)B pin Ra=200K，Rb=28K，IOLP=2.9A，IRATED=2A，VF=0.1，計算結(jié)果

4.1.3 低壓輸入輸出電壓紋波補償功能(Output voltage ripple reduce at low line input voltage)

電壓紋波補償功能設(shè)計公式

案例說明：

參數(shù)設(shè)定：變壓器NP=69T，Na=12T，Ns=9T，F(xiàn)B pin Ra=200K，Rb=28K，IOLP=2.9A，IRATED=2A，

計算結(jié)果

VLLRC=Ra×IFBLLRC=200K×96uA=19.2V

Vdc=VLLRC×(NP/NW)=19.2V×(69/12)=110V(高壓電容電壓低于110V啟動紋波補償)

4.2 CS Pin應(yīng)用說明

4.2.1 Over Load Proteciton(OLP)說明

OLP計算公式為IOLP=(NP/NS)×(ICC/RCS)如圖7推導(dǎo)出來其中ICC=VCSM×(TDIS/TS)=0.25

其中ICC=0.25(IC內(nèi)部參數(shù)+/-7%)，RCS(初級電流檢測電阻+/-1)，變壓器初級繞組圈數(shù)NP及次級繞組圈數(shù)NS

圖7：OLP設(shè)計原理

4.2.2 啟動時調(diào)整Vcs_max限制變壓器磁飽和(Adjustable start-up Vcs_max limit for Bsat)

當(dāng)AC輸入時初級的開關(guān)會提供最大的能量，使輸出電壓建立到設(shè)定的范圍，此時為避免變壓器有磁飽和的風(fēng)險，調(diào)整CS pin串聯(lián)電阻可以調(diào)整VCS_max level并限制能量如圖8說明。調(diào)整CS pin外部串聯(lián)電阻RSET設(shè)定調(diào)整Vcsmax的3個level于起機的條件如下，可利用以下公式計算變壓器磁飽和Ics=Vcs/Rcs及Bmax=(Lp×Ics)/(Np×Ae)

圖8：RSET設(shè)定Vcs_max

4.2.3 過溫度保護(OTP)功能說明

CS OTP電路中二級管建議采用Trr<500ns如圖9。初級MOS關(guān)閉時CS pin增加平臺電壓，當(dāng)此電壓平臺高于0.3V且維持1ms之后IC進入保護模式，如圖10說明。

圖9：過溫度保護(OTP)功能說明

圖10：OTP CSpin動作波形

4.2.4 二極管短路保護功能(Secondary diode short protection SDSP)：

當(dāng)安規(guī)進行短路及開路實驗時，判定標準以電源板不能冒煙冒火的現(xiàn)象，對于零件損壞無要求，為了符合客戶故障實驗時不能有零件損壞包含初級MOS。

CS pin增加SDSP保護功能，當(dāng)次級二極管短路時初級的電流會瞬間沖高，當(dāng)CS pin電壓超過1.2V且維持4 Cycle時驅(qū)動會關(guān)閉，IC進入保護模式并限制能量，避免初級MOS損壞如圖11說明

圖11：二極管短路保護SDSP應(yīng)用說明

問題案例說明

問題點：300Vac 12V/0A輸出電壓飄高問題

原因：切換頻率為393HZ觸發(fā)到IC最小頻率Fmin SPEC=300HZ-350HZ-400HZ

改善方式：輸出假負載由10K(14mW)變更為5K(28mW)，假負載功率消耗增加14mW，待機功耗可以滿足

編輯：hfy