FSR原边反馈反激式变换器及原理解读课件

2023/1/41Primary

side

regulated

flybackAC-DC2022/12/261Primarysideregula2023/1/42PSR技术1、PSR技术简介

1.1传统的次级端反馈的缺点

1.2PSR技术的优点

1.3PSR的应用2、PSR技术的原理

2.1flyback变换器的原理

2.2如何在原边检测输出电压Vo和输出电流Io

2.3PSR实现恒压和恒流的原理2.4PSR恒压功能和恒流功能之间如何实现切换3、PSR的关键技术问题2022/12/262PSR技术1、PSR技术简介2023/1/431、PSR技术简介采用传统次级端调节反激式转换器1.1传统的次级端反馈的缺点恒流控制恒压控制2022/12/2631、PSR技术简介采用传统次级端调节反2023/1/44采用传统次级端调节反激式转换器此方案可提供精确的电压、电流控制，但缺点是：（1）组件数目较多，电路板空间，成本，可靠性（2）采样电阻Ro增加功耗，效率（3）光耦合器不能工作于高温环境下(Currenttransferratiodegradationduetotemperaturerises)（4）光耦合器存在一个低频极点（20-30kHz）thislowfrequencypolecomplicatesthefeedbackloopdesignandlimitsthecrossoverfrequency

2022/12/264采用传统次级端调节反激式转换器此方案可2023/1/45PSR（Primary-Side-Regulation）：

原边调制1.2PSR技术的优点在变压器原边检测输出信息消除了次级的采样电路无须使用TL431和光耦合器减少组件数目，降低了整体电路的复杂性更为高效和优化2022/12/265PSR（Primary-Side-Re2023/1/46PSR的典型输出特性曲线PSR反激式变换器的典型输出V-I特性2022/12/266PSR的典型输出特性曲线PSR反激式2023/1/47笔记本、手机、数码相机等数码产品的锂电子电池的充电器计算机（PC）的辅助电源LED驱动1.3PSR的应用2022/12/267笔记本、手机、数码相机等数码产品的锂电2023/1/482、PSR技术的原理2.1flyback变换器的基本原理Flyback变换器的原理图2022/12/2682、PSR技术的原理2.1flyb2023/1/49DCM模式下的电压、电流波形Flyback变换器的原理图开关管M导通时：原边电流线性增加，斜率为能量储存在原边开关管M截止时：副边电流线性减小，斜率为能量从原边传递到副边2022/12/269DCM模式下的电压、电流波形Flyba2023/1/4102.2如何在原边获取Vo、Io的信息Io的信息反映在原边峰值电流Ipk2022/12/26102.2如何在原边获取Vo、Io的2023/1/4112.2如何在原边获取Vo、Io的信息Vo的信息反映在原边绕组电压VD-VIN以及辅助绕组电压VA上副边电流为0时原边绕组电压辅助绕组电压2022/12/26112.2如何在原边获取Vo、Io的2023/1/4122.2如何在原边获取Vo、Io的信息原边绕组电压如果在原边绕组检测Vo的信息，则需要高压检测电路，并且会受原边漏感耦合噪声的影响所以一般是通过辅助绕组检测Vo的信息2022/12/26122.2如何在原边获取Vo、Io的2023/1/4132.2如何在原边获取Vo、Io的信息Vo的信息反映在

原边辅助绕组电压VAIo的信息反映在

原边峰值电流Ipk能在原边检测

Vo、Io的信息2022/12/26132.2如何在原边获取Vo、Io的2023/1/4142.3PSR实现恒压、恒流的原理2.3.1恒压（CV）原理PSR的输出电压PFM方式：PWM方式：保持不变，检测调整保持不变调整开关频率不固定开关频率固定两种恒

压方式根据2022/12/26142.3PSR实现恒压、恒流的原理2023/1/4152.3.1.1PWM恒压（CV）原理PSR的输出电压确定调整调整Vo恒定确定调整Vo恒定调整保持不变开关频率固定2022/12/26152.3.1.1PWM恒压（CV2023/1/416PWM方式恒压原理图2022/12/2616PWM方式恒压原理图2023/1/417CV：其他条件不变，RL变化时的调整过程2022/12/2617CV：其他条件不变，RL变化时的调整2023/1/418CV：其他条件不变，VIN变化时的调整过程2022/12/2618CV：其他条件不变，VIN变化时的调2023/1/419PWM恒压（CV)模式下，在最小并且满载时PSR的输出电压导通时间达到最大值消磁时间达到最大值满载时最小不变，，导通时间达到最大值满载时最小不变，，达到最大值最小达到最大值达到最大值2022/12/2619PWM恒压（CV)模式下，PSR的2023/1/420PWM恒压（CV)模式下，在最小并且满载时导通时间ton达到最大值消磁时间达到最大值2022/12/2620PWM恒压（CV)模式下，导通2023/1/4212.3.1.2PFM恒压（CV）原理PSR的输出电压保持不变开关频率不固定负反馈2022/12/26212.3.1.2PFM恒压（CV2023/1/422PFM恒压（CV）调整过程2022/12/2622PFM恒压（CV）调整过程2023/1/4232.3.2恒流（CC）原理PSR的输出电流固定时维持不变实现恒流两种恒

流方式PFM方式：PWM方式：保持不变，检测调整保持不变调整使其不变开关频率不固定开关频率固定2022/12/26232.3.2恒流（CC）原理PSR的2023/1/424PFM方式恒流原理图保持不变，检测调整开关频率不固定Ipk固定，检测出Vo相当于检测出2022/12/2624PFM方式恒流原理图保持不变，检测调2023/1/425PFM方式恒流调整过程2022/12/2625PFM方式恒流调整过程2023/1/426PWM方式恒流原理图保持不变调整使其不变开关频率固定实现方式有多种实现方式1实现2022/12/2626PWM方式恒流原理图保持不变调整使其2023/1/427实现方式1的恒流调整过程2022/12/2627实现方式1的恒流调整过程2023/1/428PWM恒流实现方式2原理图保持不变调整使其不变实现方式2（见专利US2008/0112193)开关频率固定根据第n-1个周期的消磁时间确定第n个周期的原边峰值电流2022/12/2628PWM恒流实现方式2原理图保持不变调2023/1/429实现方式2的恒流调整过程2022/12/2629实现方式2的恒流调整过程2023/1/430PWM恒流实现方式3原理图保持不变调整使其不变实现方式3（见专利US7505287)开关频率固定根据第n-1个周期的消磁时间以及输入电压确定第n个周期的导通时间2022/12/2630PWM恒流实现方式3原理图保持不变调2023/1/431实现方式3的恒流调整过程输入Vin不变，负载变化时：负载不变，输入Vin变化时：2022/12/2631实现方式3的恒流调整过程输入Vin不2023/1/4322.4PSR恒压功能和恒流功能之间如何实现切换以一个具体的PSR为例说明恒压和恒流之间的切换过程恒压（CV）PWM方式恒流（CC）PFM方式具有CV和CC功能的PSR（PWM方式实现恒压；PFM方式实现恒流）恒压恒流？2022/12/26322.4PSR恒压功能和恒流功能之间2023/1/433恒压（CV）时实际起作用的电路部分恒压（CV）时没有起作用OSC根据输出电压Vo调整脉冲的频率；CV时Vo不变，所以OSC输出频率固定的脉冲信号（PWM恒压原理可参考2.3.1.1小节）PSR恒压工作（CV）时功率管M的关闭由比较器1决定PSR工作在PWM方式恒压2022/12/2633恒压（CV）时实际起作用的电路部分恒2023/1/434恒流（CC）时不起实际作用恒流（CC）时起实际作用OSC根据输出电压Vo调整脉冲的频率；CC时Vo变化，OSC根据采样到的Vo信息调整输出脉冲的频率（PFM恒流原理可参考2.3.2小节）PSR恒流工作（CC）时功率管M的关闭由比较器2决定PSR工作在PFM方式恒流2022/12/2634恒流（CC）时不起实际作用恒流（CC2023/1/435RL减小（负载加重）开始由CV向CC切换PWM方式的CV向PFC方式的CC的切换过程2022/12/2635RL减小（负载加重）开始由CVPWM2023/1/4363、PSR的关键技术问题

（1）芯片的低启动电流和较大的UVLO滞回窗口（2）EMI问题

（3）轻载时的效率(4)前沿消隐

（5）如何在原边精确检测副边的消磁时间

（6）如何在原边精确检测输出电压Vo

（7）对输出整流二极管D的温度补偿(8)zero-voltageswitching

2022/12/26363、PSR的关键技术问题2023/1/437（1）低启动电流，较大的UVLO窗口齐纳二极管（Zener）串联，施密特触发器实现滞回窗口VDD达到开启阈值POR信号打开模拟电源供电和数字电源供电VDD未达到开启阈值POR信号关闭模拟电源供电和数字电源供电低启动电流2022/12/2637（1）低启动电流，较大的UVLO窗口2023/1/438（2）EMI问题跳频技术（frequencyhopping）通过将能量分散到比EMI测试仪带宽更广阔的范围，从而实现降低EMIEMI：电磁干扰危害：干扰电网，高频辐射，降低效率解决办法：跳频（frequencyhopping）2022/12/2638（2）EMI问题跳频技术（freq2023/1/439（3）轻载时的效率

轻载时开关损耗增大，效率降低降频，减小开关损耗，提高效率2022/12/2639（3）轻载时的效率降频，减小开关损耗2023/1/440（4）前沿消隐（LEB）开关管导通瞬间存在电流尖峰可能导致芯片误操作电流比较器在开关导通后的一小段时间不工作，避免误操作设计前沿消隐电路（LeadEdgeBlank）2022/12/2640（4）前沿消隐（LEB）开关管导通瞬2023/1/441（5）检测副边的消磁时间副边电流的过零点辅助绕组振铃电压的过零点转化检测消磁时间的重要性2022/12/2641（5）检测副边的消磁时间副边电流的过2023/1/442（6）如何在原边检测输出电压Vo输出整流二极管D的非线性次级端存在寄生电阻R引起的IR压降在原边精确检测输出电压Vo很困难副边消磁完毕时电流为0，输出整流二极管的正向电压Vf和寄生电阻的IR压降都为0副边绕组的电压就等于输出电压Vo，Vo耦合到原边就可以在原边精确检测到输出电压2022/12/2642（6）如何在原边检测输出电压Vo输出2023/1/443（7）对输出整流二极管D的温度补偿没有温度补偿时：随着T的增加而减小，则Vo随T增加而增加；增加温度补偿后：负温度特性，正温度特性，互相抵消，实现补偿2022/12/2643（7）对输出整流二极管D的温度补偿没2023/1/444（8）zero-voltageswitching（quasi-resonantmode）在M的漏源电压Vds

最小时开启功率管M最小化开关应力

和开关损耗,提高效益，降低EMIT3时刻Vaux最小，开关管M的漏源电压Vds也最小在消磁完毕后

谐振的最小值处开启功率管2022/12/2644（8）zero-voltagesw2023/1/445谢谢！2022/12/2645谢谢！2023/1/446Primary

side

regulated

flybackAC-DC2022/12/261Primarysideregula2023/1/447PSR技术1、PSR技术简介

1.1传统的次级端反馈的缺点

1.2PSR技术的优点

1.3PSR的应用2、PSR技术的原理

2.1flyback变换器的原理

2.2如何在原边检测输出电压Vo和输出电流Io

2.3PSR实现恒压和恒流的原理2.4PSR恒压功能和恒流功能之间如何实现切换3、PSR的关键技术问题2022/12/262PSR技术1、PSR技术简介2023/1/4481、PSR技术简介采用传统次级端调节反激式转换器1.1传统的次级端反馈的缺点恒流控制恒压控制2022/12/2631、PSR技术简介采用传统次级端调节反2023/1/449采用传统次级端调节反激式转换器此方案可提供精确的电压、电流控制，但缺点是：（1）组件数目较多，电路板空间，成本，可靠性（2）采样电阻Ro增加功耗，效率（3）光耦合器不能工作于高温环境下(Currenttransferratiodegradationduetotemperaturerises)（4）光耦合器存在一个低频极点（20-30kHz）thislowfrequencypolecomplicatesthefeedbackloopdesignandlimitsthecrossoverfrequency

2022/12/264采用传统次级端调节反激式转换器此方案可2023/1/450PSR（Primary-Side-Regulation）：

原边调制1.2PSR技术的优点在变压器原边检测输出信息消除了次级的采样电路无须使用TL431和光耦合器减少组件数目，降低了整体电路的复杂性更为高效和优化2022/12/265PSR（Primary-Side-Re2023/1/451PSR的典型输出特性曲线PSR反激式变换器的典型输出V-I特性2022/12/266PSR的典型输出特性曲线PSR反激式2023/1/452笔记本、手机、数码相机等数码产品的锂电子电池的充电器计算机（PC）的辅助电源LED驱动1.3PSR的应用2022/12/267笔记本、手机、数码相机等数码产品的锂电2023/1/4532、PSR技术的原理2.1flyback变换器的基本原理Flyback变换器的原理图2022/12/2682、PSR技术的原理2.1flyb2023/1/454DCM模式下的电压、电流波形Flyback变换器的原理图开关管M导通时：原边电流线性增加，斜率为能量储存在原边开关管M截止时：副边电流线性减小，斜率为能量从原边传递到副边2022/12/269DCM模式下的电压、电流波形Flyba2023/1/4552.2如何在原边获取Vo、Io的信息Io的信息反映在原边峰值电流Ipk2022/12/26102.2如何在原边获取Vo、Io的2023/1/4562.2如何在原边获取Vo、Io的信息Vo的信息反映在原边绕组电压VD-VIN以及辅助绕组电压VA上副边电流为0时原边绕组电压辅助绕组电压2022/12/26112.2如何在原边获取Vo、Io的2023/1/4572.2如何在原边获取Vo、Io的信息原边绕组电压如果在原边绕组检测Vo的信息，则需要高压检测电路，并且会受原边漏感耦合噪声的影响所以一般是通过辅助绕组检测Vo的信息2022/12/26122.2如何在原边获取Vo、Io的2023/1/4582.2如何在原边获取Vo、Io的信息Vo的信息反映在

原边辅助绕组电压VAIo的信息反映在

原边峰值电流Ipk能在原边检测

Vo、Io的信息2022/12/26132.2如何在原边获取Vo、Io的2023/1/4592.3PSR实现恒压、恒流的原理2.3.1恒压（CV）原理PSR的输出电压PFM方式：PWM方式：保持不变，检测调整保持不变调整开关频率不固定开关频率固定两种恒

压方式根据2022/12/26142.3PSR实现恒压、恒流的原理2023/1/4602.3.1.1PWM恒压（CV）原理PSR的输出电压确定调整调整Vo恒定确定调整Vo恒定调整保持不变开关频率固定2022/12/26152.3.1.1PWM恒压（CV2023/1/461PWM方式恒压原理图2022/12/2616PWM方式恒压原理图2023/1/462CV：其他条件不变，RL变化时的调整过程2022/12/2617CV：其他条件不变，RL变化时的调整2023/1/463CV：其他条件不变，VIN变化时的调整过程2022/12/2618CV：其他条件不变，VIN变化时的调2023/1/464PWM恒压（CV)模式下，在最小并且满载时PSR的输出电压导通时间达到最大值消磁时间达到最大值满载时最小不变，，导通时间达到最大值满载时最小不变，，达到最大值最小达到最大值达到最大值2022/12/2619PWM恒压（CV)模式下，PSR的2023/1/465PWM恒压（CV)模式下，在最小并且满载时导通时间ton达到最大值消磁时间达到最大值2022/12/2620PWM恒压（CV)模式下，导通2023/1/4662.3.1.2PFM恒压（CV）原理PSR的输出电压保持不变开关频率不固定负反馈2022/12/26212.3.1.2PFM恒压（CV2023/1/467PFM恒压（CV）调整过程2022/12/2622PFM恒压（CV）调整过程2023/1/4682.3.2恒流（CC）原理PSR的输出电流固定时维持不变实现恒流两种恒

流方式PFM方式：PWM方式：保持不变，检测调整保持不变调整使其不变开关频率不固定开关频率固定2022/12/26232.3.2恒流（CC）原理PSR的2023/1/469PFM方式恒流原理图保持不变，检测调整开关频率不固定Ipk固定，检测出Vo相当于检测出2022/12/2624PFM方式恒流原理图保持不变，检测调2023/1/470PFM方式恒流调整过程2022/12/2625PFM方式恒流调整过程2023/1/471PWM方式恒流原理图保持不变调整使其不变开关频率固定实现方式有多种实现方式1实现2022/12/2626PWM方式恒流原理图保持不变调整使其2023/1/472实现方式1的恒流调整过程2022/12/2627实现方式1的恒流调整过程2023/1/473PWM恒流实现方式2原理图保持不变调整使其不变实现方式2（见专利US2008/0112193)开关频率固定根据第n-1个周期的消磁时间确定第n个周期的原边峰值电流2022/12/2628PWM恒流实现方式2原理图保持不变调2023/1/474实现方式2的恒流调整过程2022/12/2629实现方式2的恒流调整过程2023/1/475PWM恒流实现方式3原理图保持不变调整使其不变实现方式3（见专利US7505287)开关频率固定根据第n-1个周期的消磁时间以及输入电压确定第n个周期的导通时间2022/12/2630PWM恒流实现方式3原理图保持不变调2023/1/476实现方式3的恒流调整过程输入Vin不变，负载变化时：负载不变，输入Vin变化时：2022/12/2631实现方式3的恒流调整过程输入Vin不2023/1/4772.4PSR恒压功能和恒流功能之间如何实现切换以一个具体的PSR为例说明恒压和恒流之间的切换过程恒压（CV）PWM方式恒流（CC）PFM方式具有CV和CC功能的PSR（PWM方式实现恒压；PFM方式实现恒流）恒压恒流？2022/12/26322.4PSR恒压功能和恒流功能之间2023/1/478恒压（CV）时实际起作用的电路部分恒压（CV）时没有起作用OSC根据输出电压Vo调整脉冲的频率；CV时Vo不变，所以OSC输出频率固定的脉冲信号（PWM恒压原理可参考2.3.1.1小节）PSR恒压工作（CV）时功率管M的关闭由比较器1决定PSR工作在PWM方式恒压2022/12/2633恒压（CV）时实际起作用的电路部分恒2023/1/479恒流（CC）时不起实际作用恒流（CC）时起实际作用OSC根据输出电压Vo调整脉冲的频率；CC时Vo变化，OSC根据采样到的Vo信息调整输出脉冲的频率（PFM恒流原理可参考2.3.2小节）PSR恒流工作（CC）时功率管M的关闭由比较器2决定PSR工作在PFM方式恒流2022/12/2634恒流（CC）时不起实际作用恒流（CC2023/1/480RL减小（负载加重）开始由CV向CC切换PWM方式的CV向PFC方式的CC的切换过程2022/12/2635RL减小（负载加重）开始由CVPWM2023/1/4813、PSR的关键技术问题

（1）芯片的低启动电流和较大的UVLO滞回窗口（2）EMI问题

（3）轻载时的效率(4)前沿消隐

（5）如何在原边精确检测副边的消磁时间

（6）如何在原边精确检测输出电压Vo

（7）对输出整流二极管D的温度补偿(8)zero-voltageswitching

2022/12/26363、PSR的关键技术问题2023/1/482（1）低启动电流，较大的UVLO窗口齐纳二极管（Zener）串联，施密特触发器实现滞回窗口VDD达到开启阈值POR