各种小功率家电器件中使用更多的是反激式开关电源电路并且随着功率器件的不断发展开关电源电路相关产品也在更新换代比如目前比较流行的氮化镓充电器。由于课题组也在做氮化镓HEMT器件更多的是在芯片设计和工艺部分电路部分没有后续有做氮化镓开关电源来验证氮化镓HEMT器件的性能的想法因此想从Si基MOS管反激式开关电源电路入手逐步实现替代。组内无相关专业及经验人员于我而言设计和测试都是从“0”开始。继上次测试之后等器件的间隙又重新检查了一下电路图并重新核对了以下设计参数发现有如下几处错误和疑问需要修改和答疑。图1.测试一原理图一、上次测试出现的错误和疑问1.错误1多次测量发现保险丝容易过流快速熔断反复拆焊、焊接容易导致电路板焊盘脱落将保险丝更换成保险丝插座无需反复焊接、拆焊。2之前原理图中变压器辅助绕组和副边绕组均接反如图1所标示同名端当初级绕组上(1)正下(3)负时MOS管导通次级绕组也为上(8)正下(7)负二极管D5也导通显然不符合反激式变换器的原理有点正激那意思对正激只有初步了解详细了解后再做详细讨论。同时辅助绕组上(5)负下(6)正此时辅助绕组直接给芯片CR6842供电而不是在截止时采用次级绕组反射电压感应过来的电压来供电这就导致CR6842供电电压过大使芯片很容易就烧坏。这里我突然有一点点好奇所以我这样的接法整个电路到底是怎么工作的之前测试时LED灯是一直在亮着的只不过是亮度会有时候明暗交替这说明电源管理芯片起码起到了控制MOS管开关的作用的百思不得其解反激式变换器电路中变压器接成正激式电路让开关管导通时原级绕组把能量传递给次级绕组次级输出回路有功率输出会出现什么样的情况呢注变压器原边绕组Np副边绕组Ns辅助绕组Na1101416。若按照如图所示接法当初级绕组上(1)正下(3)负时MOS管导通次级绕组感应电压二极管D5导通副边回路导通辅助绕组感应电压给芯片CR6842供电。当原边绕组输入AC220V时整流滤波后电压为311V副边绕组感应电压约为39V辅助绕组感应电压约为45VCR6842 VDD引脚最大承受电压为40V这也是之前测试中CR6842多次VDD和GND击穿短路的原因。3查看CR6842应用指导书经计算发现起到过流保护的R11电阻较小。计算初级绕组峰值电流Ip0.67ACR6842芯片Sense引脚阈值电压最大为0.9V则R110.9V/0.67A1.34Ω可选用阻值为1.4Ω的电阻(选择使用2个2.26Ω电阻并联)。4CR6842引脚5 RT起到过温保护的作用不用此引脚时需加一个20K电阻接地屏蔽此功能。用到此引脚需加一电阻R23和热敏电阻NTC R24来设置。RT引脚内接70uA电流源RT端电压降到1.065V以下并持续100us后芯片Gate彻底停止驱动锁死电源输出关闭保护系统因此电阻阻值R23R241.065V/70uA15.21K。5原理图中光耦3脚三极管发射极和电容C7相连接GND注意此时应该接CGND和原边绕组一侧热地形成回路但依据图1原理图制作的PCB板光耦3脚却接了GND导致无法形成正确的回路选择用飞线重新接。2.疑问1R8的作用是什么电路刚开始工作时MOS管开启时电流逐渐增大SENSE引脚电压初始为0V则R8 100Ω和R11 1.4Ω并联起到分流的作用当MOS管达到峰值电流0.67A时R8上电流为9.25mASENSE引脚上电压被拉高到0.925V过流保护启动。猜测是为了防止电阻R11短路或断路时过流导致芯片SENSE引脚击穿的。SolutionCR6842手册中说明在开关管导通瞬间会有脉冲峰值电流如果此时采样电流值会导致错误的控制芯片内置前沿消隐电路避免错误控制的发生。若Sense端的电流反馈信号前沿噪声干扰持续时间超过内置前沿消隐电路时间那么可考虑外接RC网络滤除干扰。RC取值不宜过大否则可能引起电流反馈信号失真过大导致系统启动或输出端短路时MOS管源漏端电压VDS过高等等系统异常现象。建议R≤680ΩC≤1000pF。2CR6842 Gate端输出高电平8V低电平为0.32VMOS管阈值电压为3V2.1-3.9VR7电阻为27Ω若输出电流IO50mA那R7导致Gate端压降为1.35V那么MOS管可以正常导通和关断。Gate端静态电压为±20V意思是CR6842 Gate脚电压不超过20V不低于-20V就可以吗3反馈环路光耦的工作原理反馈环路中光耦CT817C到底是做线性光耦使用还是做开关光耦使用呢如果是做线性光耦使用那么CR6842芯片的FB引脚电压应该怎么适配呢如果是做开关光耦使用那又如何适配呢4反馈回路CR6842芯片FB端FB端电压直接跟光耦三极管集电极相连那如何实现反馈呢3.针对反馈回路的疑问进行的测试在不加变压器的情况下仅对如下电路进行测试图2a.光耦反馈电路FB端电压测试测试电路如图2(a)所示测试条件12V电压通过一100Ω电阻R1加在VIN端同时18V电压给VDD供电12V电压源加在回路输出端模拟输出电压输出。测试结果1R15为1K时当输出端电压给固定12V时调节R21为0K理论上LTL431参考端分压为12V/(10k1.5k)*1.5K 1.565V实际测得参考端电压为1.583V因为电阻有误差出现较小误差此时电阻R15上电压为0V说明431未导通光耦二极管上无电流经过次级三极管截止则FB电压为芯片的开路电压典型值6V实际测得为6.1V慢慢增大R21使R19、R21电阻之和为2.64K左右理论上LTL431参考端分压为12V/(10k2.64k)*2.64K2.506V实际测得电压为2.527V此时电阻R15上电压为8.87V说明431导通光耦二极管上有电流经过IF8.87V/1K8.87mA次级三极管导通则FB电压被拉低到GND实际测得0.167V为三极管导通时的饱和压降继续增大R21使R19、R21电阻之和从2.64K-10.7K变化VREF逐渐增大但不再符合电阻分压规律从2.506V-2.634V变化猜测原因是C11、R17 RC补偿网络起到了稳压作用将VREF基本稳压在大于2.5V保证431的导通在增大的过程中电阻R15上电压为8.9V左右从8.87-9.01增大说明431一直处于导通状态光耦二极管电流IF有较小的增大但不排除测量误差光耦三极管也一直处于导通状态FB一直被拉低到地为0.167V。2R15为1.5K时调节R15的阻值以此来改变通过光耦二极管的正向导通电流IF但R15阻值无论怎么改变当431导通时其两端电压均为8.9V左右而FB端电压总被拉低到地。3在FB端添加上拉电阻测试图2b.光耦反馈电路FB端电压上拉电阻测试如图2(b)在FB端加100Ω上拉电阻接5V供电。上拉电阻两端的大小可以反应光耦三极管集电极电流IC的大小。按照上述步骤测试发现431的导通过程依然如上参考端电压一旦超过2.5V 431即导通光耦二极管有正向电流并且R15增大IF减小但IF较小时占空比会增大反而使光耦三极管集电极电流IC增大。比如当IF8.9mA时IC17.75mA左右占空比为195%左右当IF5.93mA时IC20.25mA左右占空比为341%左右差别还是比较大的可参考数据手册。由此可知只要R15确定431一旦导通正向导通电流IF便是固定的输出电压的增大并不能使431的导通程度增大也不能使光耦IF增大则FB端电压只有两个值即431导通时即输出电压大于12V时为0.167V431截止时即输出电压小于12V时为开路电压6.1V。整个测试过程中无法判断芯片是否正常工作因为Gate端无电压输出但供电都正常芯片没有正常工作吗为什么呢想不明白综上所述光耦CT817C和LTL431所组成的电压反馈电路并不能起到线性调节光耦正向导通电流的作用只能起到控制光耦二极管处于导通与截止两个状态从而控制FB端处于高电平与低电平两个状态。二、修正后的测试按照修改后的原理图修正板子继续测试。修改后的原理图如图3所示图3.修正后原理图接入市电之前对电路板进行哪里短路、断路测试无异常。直接接入220V市电后板子还是没有正常输出电压LED灯不亮。1.测试滤波电容C2两端电压为312V左右正常市电测试为220AC2.测试CR6842 VIN引脚电压为5.7V左右VDD引脚电压为10-13V跳动Gate引脚无电压输出说明CR6842未正常工作。3.测试变压器原边绕组电压无电压4.断电测试C2两端电压在慢慢下降证明CR3842确实为正常起振。再次查看芯片手册发现启动时需要自举电容C5充电到16.8V在启动过程中VDD电压不得低于12.4V否则芯片会关断输出。测试中VDD也只有10-13V是不是这个原因呢但调整什么可以将自举电容C5充电到16.8V呢尝试增大或减小启动电阻的值或者修改启动方式。1.串联一个510K/250V的电阻以此增加启动电阻VIN无电压VDD无电压启动电阻上电压为311V左右说明启动电阻过大没有达到启动电流2.将其中一个750K电阻换成510K电阻减小启动电阻VIN电压为17-21V变化VDD电压为12-15V变化万用表AC档测Gate有2.5V左右电流但是在跳动规律是0、0.1左右、1.2左右、2.5左右接着跳动是不是说明芯片启动了呢芯片正常工作应该输出8V高电平0.3V低电平。3.修改启动方式将750K串联510K启动电阻直接接在VDD引脚或者两个750K电阻串联在VDD引脚VDD和VIN电压相同为12-16.4V之间跳动万用表AC档测Gate有2.5V左右电流但是在跳动规律是0、0.1左右、0.8、0.9、1.2左右、2.5左右依然没有输出电压。4.测试MOS管VGS和CR6842 Gate端电压几乎一样VDS之间电压为311.5V左右说明开关管没有导通原边绕组上无电流。实在不知道问题出在哪了芯片工作电压也正常为什么不能正常工作呢还是因为启动电阻太大了吗导致VDD上自举电容没有充到16.8V没有正常启动吗明天改成两个510K串联再试一下吧缓一段时间再测如果电路后续能正常工作的话就出一个详细的计算过程。总结不知道问题出在哪了希望精通开关电源的大佬支招救救孩子吧
反激式开关电源电路测试记录（二）
各种小功率家电器件中使用更多的是反激式开关电源电路并且随着功率器件的不断发展开关电源电路相关产品也在更新换代比如目前比较流行的氮化镓充电器。由于课题组也在做氮化镓HEMT器件更多的是在芯片设计和工艺部分电路部分没有后续有做氮化镓开关电源来验证氮化镓HEMT器件的性能的想法因此想从Si基MOS管反激式开关电源电路入手逐步实现替代。组内无相关专业及经验人员于我而言设计和测试都是从“0”开始。继上次测试之后等器件的间隙又重新检查了一下电路图并重新核对了以下设计参数发现有如下几处错误和疑问需要修改和答疑。图1.测试一原理图一、上次测试出现的错误和疑问1.错误1多次测量发现保险丝容易过流快速熔断反复拆焊、焊接容易导致电路板焊盘脱落将保险丝更换成保险丝插座无需反复焊接、拆焊。2之前原理图中变压器辅助绕组和副边绕组均接反如图1所标示同名端当初级绕组上(1)正下(3)负时MOS管导通次级绕组也为上(8)正下(7)负二极管D5也导通显然不符合反激式变换器的原理有点正激那意思对正激只有初步了解详细了解后再做详细讨论。同时辅助绕组上(5)负下(6)正此时辅助绕组直接给芯片CR6842供电而不是在截止时采用次级绕组反射电压感应过来的电压来供电这就导致CR6842供电电压过大使芯片很容易就烧坏。这里我突然有一点点好奇所以我这样的接法整个电路到底是怎么工作的之前测试时LED灯是一直在亮着的只不过是亮度会有时候明暗交替这说明电源管理芯片起码起到了控制MOS管开关的作用的百思不得其解反激式变换器电路中变压器接成正激式电路让开关管导通时原级绕组把能量传递给次级绕组次级输出回路有功率输出会出现什么样的情况呢注变压器原边绕组Np副边绕组Ns辅助绕组Na1101416。若按照如图所示接法当初级绕组上(1)正下(3)负时MOS管导通次级绕组感应电压二极管D5导通副边回路导通辅助绕组感应电压给芯片CR6842供电。当原边绕组输入AC220V时整流滤波后电压为311V副边绕组感应电压约为39V辅助绕组感应电压约为45VCR6842 VDD引脚最大承受电压为40V这也是之前测试中CR6842多次VDD和GND击穿短路的原因。3查看CR6842应用指导书经计算发现起到过流保护的R11电阻较小。计算初级绕组峰值电流Ip0.67ACR6842芯片Sense引脚阈值电压最大为0.9V则R110.9V/0.67A1.34Ω可选用阻值为1.4Ω的电阻(选择使用2个2.26Ω电阻并联)。4CR6842引脚5 RT起到过温保护的作用不用此引脚时需加一个20K电阻接地屏蔽此功能。用到此引脚需加一电阻R23和热敏电阻NTC R24来设置。RT引脚内接70uA电流源RT端电压降到1.065V以下并持续100us后芯片Gate彻底停止驱动锁死电源输出关闭保护系统因此电阻阻值R23R241.065V/70uA15.21K。5原理图中光耦3脚三极管发射极和电容C7相连接GND注意此时应该接CGND和原边绕组一侧热地形成回路但依据图1原理图制作的PCB板光耦3脚却接了GND导致无法形成正确的回路选择用飞线重新接。2.疑问1R8的作用是什么电路刚开始工作时MOS管开启时电流逐渐增大SENSE引脚电压初始为0V则R8 100Ω和R11 1.4Ω并联起到分流的作用当MOS管达到峰值电流0.67A时R8上电流为9.25mASENSE引脚上电压被拉高到0.925V过流保护启动。猜测是为了防止电阻R11短路或断路时过流导致芯片SENSE引脚击穿的。SolutionCR6842手册中说明在开关管导通瞬间会有脉冲峰值电流如果此时采样电流值会导致错误的控制芯片内置前沿消隐电路避免错误控制的发生。若Sense端的电流反馈信号前沿噪声干扰持续时间超过内置前沿消隐电路时间那么可考虑外接RC网络滤除干扰。RC取值不宜过大否则可能引起电流反馈信号失真过大导致系统启动或输出端短路时MOS管源漏端电压VDS过高等等系统异常现象。建议R≤680ΩC≤1000pF。2CR6842 Gate端输出高电平8V低电平为0.32VMOS管阈值电压为3V2.1-3.9VR7电阻为27Ω若输出电流IO50mA那R7导致Gate端压降为1.35V那么MOS管可以正常导通和关断。Gate端静态电压为±20V意思是CR6842 Gate脚电压不超过20V不低于-20V就可以吗3反馈环路光耦的工作原理反馈环路中光耦CT817C到底是做线性光耦使用还是做开关光耦使用呢如果是做线性光耦使用那么CR6842芯片的FB引脚电压应该怎么适配呢如果是做开关光耦使用那又如何适配呢4反馈回路CR6842芯片FB端FB端电压直接跟光耦三极管集电极相连那如何实现反馈呢3.针对反馈回路的疑问进行的测试在不加变压器的情况下仅对如下电路进行测试图2a.光耦反馈电路FB端电压测试测试电路如图2(a)所示测试条件12V电压通过一100Ω电阻R1加在VIN端同时18V电压给VDD供电12V电压源加在回路输出端模拟输出电压输出。测试结果1R15为1K时当输出端电压给固定12V时调节R21为0K理论上LTL431参考端分压为12V/(10k1.5k)*1.5K 1.565V实际测得参考端电压为1.583V因为电阻有误差出现较小误差此时电阻R15上电压为0V说明431未导通光耦二极管上无电流经过次级三极管截止则FB电压为芯片的开路电压典型值6V实际测得为6.1V慢慢增大R21使R19、R21电阻之和为2.64K左右理论上LTL431参考端分压为12V/(10k2.64k)*2.64K2.506V实际测得电压为2.527V此时电阻R15上电压为8.87V说明431导通光耦二极管上有电流经过IF8.87V/1K8.87mA次级三极管导通则FB电压被拉低到GND实际测得0.167V为三极管导通时的饱和压降继续增大R21使R19、R21电阻之和从2.64K-10.7K变化VREF逐渐增大但不再符合电阻分压规律从2.506V-2.634V变化猜测原因是C11、R17 RC补偿网络起到了稳压作用将VREF基本稳压在大于2.5V保证431的导通在增大的过程中电阻R15上电压为8.9V左右从8.87-9.01增大说明431一直处于导通状态光耦二极管电流IF有较小的增大但不排除测量误差光耦三极管也一直处于导通状态FB一直被拉低到地为0.167V。2R15为1.5K时调节R15的阻值以此来改变通过光耦二极管的正向导通电流IF但R15阻值无论怎么改变当431导通时其两端电压均为8.9V左右而FB端电压总被拉低到地。3在FB端添加上拉电阻测试图2b.光耦反馈电路FB端电压上拉电阻测试如图2(b)在FB端加100Ω上拉电阻接5V供电。上拉电阻两端的大小可以反应光耦三极管集电极电流IC的大小。按照上述步骤测试发现431的导通过程依然如上参考端电压一旦超过2.5V 431即导通光耦二极管有正向电流并且R15增大IF减小但IF较小时占空比会增大反而使光耦三极管集电极电流IC增大。比如当IF8.9mA时IC17.75mA左右占空比为195%左右当IF5.93mA时IC20.25mA左右占空比为341%左右差别还是比较大的可参考数据手册。由此可知只要R15确定431一旦导通正向导通电流IF便是固定的输出电压的增大并不能使431的导通程度增大也不能使光耦IF增大则FB端电压只有两个值即431导通时即输出电压大于12V时为0.167V431截止时即输出电压小于12V时为开路电压6.1V。整个测试过程中无法判断芯片是否正常工作因为Gate端无电压输出但供电都正常芯片没有正常工作吗为什么呢想不明白综上所述光耦CT817C和LTL431所组成的电压反馈电路并不能起到线性调节光耦正向导通电流的作用只能起到控制光耦二极管处于导通与截止两个状态从而控制FB端处于高电平与低电平两个状态。二、修正后的测试按照修改后的原理图修正板子继续测试。修改后的原理图如图3所示图3.修正后原理图接入市电之前对电路板进行哪里短路、断路测试无异常。直接接入220V市电后板子还是没有正常输出电压LED灯不亮。1.测试滤波电容C2两端电压为312V左右正常市电测试为220AC2.测试CR6842 VIN引脚电压为5.7V左右VDD引脚电压为10-13V跳动Gate引脚无电压输出说明CR6842未正常工作。3.测试变压器原边绕组电压无电压4.断电测试C2两端电压在慢慢下降证明CR3842确实为正常起振。再次查看芯片手册发现启动时需要自举电容C5充电到16.8V在启动过程中VDD电压不得低于12.4V否则芯片会关断输出。测试中VDD也只有10-13V是不是这个原因呢但调整什么可以将自举电容C5充电到16.8V呢尝试增大或减小启动电阻的值或者修改启动方式。1.串联一个510K/250V的电阻以此增加启动电阻VIN无电压VDD无电压启动电阻上电压为311V左右说明启动电阻过大没有达到启动电流2.将其中一个750K电阻换成510K电阻减小启动电阻VIN电压为17-21V变化VDD电压为12-15V变化万用表AC档测Gate有2.5V左右电流但是在跳动规律是0、0.1左右、1.2左右、2.5左右接着跳动是不是说明芯片启动了呢芯片正常工作应该输出8V高电平0.3V低电平。3.修改启动方式将750K串联510K启动电阻直接接在VDD引脚或者两个750K电阻串联在VDD引脚VDD和VIN电压相同为12-16.4V之间跳动万用表AC档测Gate有2.5V左右电流但是在跳动规律是0、0.1左右、0.8、0.9、1.2左右、2.5左右依然没有输出电压。4.测试MOS管VGS和CR6842 Gate端电压几乎一样VDS之间电压为311.5V左右说明开关管没有导通原边绕组上无电流。实在不知道问题出在哪了芯片工作电压也正常为什么不能正常工作呢还是因为启动电阻太大了吗导致VDD上自举电容没有充到16.8V没有正常启动吗明天改成两个510K串联再试一下吧缓一段时间再测如果电路后续能正常工作的话就出一个详细的计算过程。总结不知道问题出在哪了希望精通开关电源的大佬支招救救孩子吧
