反激电源有一种现象很典型。
带100mA、500mA都正常,输出稳稳在目标值;负载一拔掉,VOUT却开始一点一点往上爬,最后甚至碰到OVP再重启。
遇到这种问题,很多人先去怀疑TL431、光耦或者反馈分压。
反馈当然要查,但如果只有轻载、空载出问题,带载后马上恢复正常,就应该先看看控制器在最轻负载下还能不能继续把能量降下去。
Flyback在主MOS打开时,把能量存进励磁电感;MOS关断以后,再把这份能量送到次级。
单次能量可以粗略理解为1/2×Lm×Ipk²。
到了空载,负载几乎不消耗功率,控制器只能想办法少送能量:降低Peak Current、降低Frequency、进入Skip/Burst,甚至长时间停止开关。
问题是任何控制器都有极限。峰值电流不可能无限降,开关频率也不可能无限接近0。
图1:基础Flyback在主开关关断后,把励磁电感中储存的能量传到输出电容和负载。
以某些PSR Flyback控制器为例,它们存在最小Peak Current和最小Switching Frequency。
每次只要开关打出一个脉冲,就至少会存进一份最小能量。空载时,如果输出端连这点能量都消耗不掉,能量只能继续给COUT充电。
于是出现一个很直观的过程:打一小包能量,VOUT上升;控制器停很久;下一次不得不再开一个最小脉冲,VOUT又被顶高一点。
当控制器已经无法把平均能量继续往下降时,输出就可能慢慢爬到OVP。
这不是反馈“完全失效”,而是功率级已经碰到轻载调节能力的下限。
图2:实际反激电源通常还包含反馈与辅助供电,空载调节能力与控制方式密切相关。
预负载的作用,就是给这些无法再减少的最小能量一个稳定去处。
例如12V输出并一个几kΩ到几十kΩ的电阻,看起来只是多消耗一点点功率,却可能让控制器重新回到可调节的频率范围。
厂商在PSR Flyback的应用资料里也明确提到:如果最轻负载低于控制器可调范围,需要Pre-load去消耗每个最小开关周期送出的能量。
但Dummy Load不是随便拍一个阻值。阻值过小,空载功耗直接上升;阻值过大,又压不住输出。要结合控制器最小频率、最小峰值电流以及允许的待机功耗计算。
多路绕组Flyback往往只直接调节其中一路。
其他输出主要靠匝数比跟随。某一路没有负载以后,漏感、二极管压降、绕组耦合和能量分配都会让它的电压发生偏移。
因此会出现主输出正常,辅助输出在轻载时明显偏高的情况。
这时你去调主反馈,可能把主路调坏,辅助路依然不能在所有负载组合下保持理想。
常见处理包括给辅助路加Pre-load、Zener Clamp、后级LDO,或者重新评估多路输出的功率和反馈策略。
图3:轻载时控制器常进入Burst模式,只在需要补能量时打出一组开关脉冲。
先从正常负载一点点往下减,记录VOUT从什么时候开始失去调节。
同时看DRV或MOS Gate。负载变轻后,Frequency是不是一路下降,最后进入Burst/Skip?
如果VOUT爬高时,控制器已经隔很久才打一次脉冲,很可能是最小能量问题。
接着临时并一个电阻负载。如果只加几mA,输出马上恢复正常,方向已经非常明确。
PSR方案还要额外检查Aux Winding的采样。漏感振铃、取样时刻、分压泄漏都会让控制器误判输出电压。
空载电压往上爬时,先看每个最小开关脉冲送出去的能量有没有地方消耗。这个问题确认了,再往反馈和辅助绕组采样上查。
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