偏置電源設(shè)計(jì)中PSR和SSR的區(qū)別
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1.前言
對于功率小于 10W 的偏置電源，設(shè)計(jì)時(shí)最大的考慮是其效率和成本。在這篇文章中，我將比較兩種控制方案——初級側(cè)調(diào)節(jié) (PSR) 和次級側(cè)調(diào)節(jié) (SSR)——并就如何獲得更高效和更具成本競爭力的設(shè)計(jì)提供一些建議。
圖 1 所示的經(jīng)典反激式拓?fù)淙匀皇枪β实陀?10W 的最流行的拓?fù)?，不僅因?yàn)樗纳倭客獠拷M件可以幫助我們獲得極具競爭力的物料清單 (BOM) 成本，還因?yàn)榉醇な酵負(fù)淇梢暂p松實(shí)現(xiàn)多路輸出，這是偏置電源設(shè)計(jì)的關(guān)鍵規(guī)范。
圖 1：經(jīng)典反激式拓?fù)?/b>
2.二次側(cè)調(diào)節(jié)
圖 2 顯示了一個(gè)典型的 SSR 控制框圖。為了穩(wěn)定輸出電壓，需要輸出電壓的反饋。為安全起見，隔離電源需要非電流反饋；輸出必須與交流輸入電隔離。傳統(tǒng)上，光耦合器晶體管提供這種隔離。與經(jīng)典的反激式拓?fù)湎啾龋饕獏^(qū)別在于增加了一個(gè)光耦合器（例如 TI TL431）以及多個(gè)電阻器和電容器，以構(gòu)成反饋回路和誤差放大器補(bǔ)償電路。
圖 2：具有單輸出的典型 SSR 反激式框圖
借助光耦合器反饋，可以選擇要調(diào)節(jié)哪個(gè)輸出，或者通過從每個(gè)輸出連接一個(gè)檢測鏈來權(quán)衡每個(gè)輸出對環(huán)路需求的影響，如圖 3 所示。因此我們可以輕松地在 ±1 范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)負(fù)載調(diào)節(jié)% 如果你使用了 SSR 控制法則。
圖 3：具有多個(gè)輸出的 SSR 框圖
3.初級側(cè)調(diào)節(jié)
與 SSR 拓?fù)湎啾?，PSR 控制方法省去了光耦合器和補(bǔ)償元件（如圖 4 所示）。變壓器中的磁場提供反饋。雖然電阻器和電容器相當(dāng)便宜（但誤差放大器和光耦合器的成本也不是微不足道的），但這種方法確實(shí)節(jié)省了成本和印刷電路板 (PCB) 面積。光耦合器的老化特性會(huì)降低設(shè)計(jì)的可靠性，因此更少的組件可以增加平均無故障時(shí)間 (MTBF)。
另一方面，PSR 控制器通常是內(nèi)部補(bǔ)償?shù)模@可以節(jié)省控制回路設(shè)計(jì)的時(shí)間和精力。對于具有高浪涌或隔離電壓要求的應(yīng)用，減少穿過隔離柵的組件數(shù)量可減少可能發(fā)生故障的區(qū)域數(shù)量。
對于 PSR 控制器的交叉調(diào)節(jié)，負(fù)載最重的輸出設(shè)置回路需求。如果負(fù)載較輕，其他輸出可能調(diào)節(jié)不佳。并且由于大多數(shù) PSR 控制器使用“拐點(diǎn)采樣”進(jìn)行反饋，因此控制器僅在不連續(xù)導(dǎo)通模式 (DCM) 下運(yùn)行。輸出電壓紋波將高于連續(xù)導(dǎo)通模式 (CCM)。
圖 4：具有單輸出的 PSR 框圖
表 1 比較了 PSR 和 SSR 控制律之間的一些關(guān)鍵特征。
表 1：PSR 和 SSR 控制關(guān)鍵特性的快速比較
4.新的參考設(shè)計(jì)
具有隔離式多輸入的通用輸入、10W、高效、低成本電源參考設(shè)計(jì)專為電器偏置電源而設(shè)計(jì)，使用 TI 的 UCC28911 控制器在恒定電壓 (CV) 和恒定電流 (CC) 反激模式下運(yùn)行。該高壓開關(guān)集成了一個(gè)高壓功率 FET 和一個(gè)使用 PSR 的控制器，通過變壓器偏置繞組支持磁感應(yīng)輸出電壓調(diào)節(jié)。該感應(yīng)消除了對用于輸出電壓調(diào)節(jié)的次級側(cè)基準(zhǔn)、誤差放大器和光隔離器的需求。磁采樣方案僅允許在 DCM 下運(yùn)行，因此如果器件未感應(yīng)到過零檢測器 (ZCD) 事件，例如當(dāng)輔助繞組電壓在變壓器退磁完成。調(diào)制器調(diào)整不同負(fù)載區(qū)域中的頻率和峰值電流，以最大限度地提高整個(gè)工作范圍內(nèi)的效率。控制邏輯功耗和高壓電流源的智能管理，用于在運(yùn)行期間關(guān)閉并具有非常低的泄漏電流的啟動(dòng)，允許我們設(shè)計(jì)具有非常低的待機(jī)輸入功率的轉(zhuǎn)換器。
該參考設(shè)計(jì)的主要亮點(diǎn)是：
· 在 10% 負(fù)載下超過 75% 的低負(fù)載效率
· 90V 輸入下的待機(jī)功率低于 30mW
· 谷底開關(guān)和頻率抖動(dòng)以簡化 EMI 合規(guī)性
圖 5 和圖 6 分別顯示了簡單的示意圖和效率曲線。
圖 5：基于 UCC28911 的多輸出反激式轉(zhuǎn)換器
圖 6：230V AC和 115V AC輸入時(shí)的效率曲線
5.概括
反激式轉(zhuǎn)換器是低功率隔離電源最流行的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。雖然易于以低成本實(shí)現(xiàn)多路輸出，但這種拓?fù)淙匀淮嬖谧儔浩骼寐什詈徒涣麟娮钃p耗高的問題。
如果想要獲得良好的瞬態(tài)響應(yīng)性能，并且需要高精度的輸出，SSR 控制拓?fù)涓m合。如果設(shè)計(jì)對成本和待機(jī)功耗非常敏感，請選擇 PSR 控制器。
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