开关电源一上电就打嗝,带载有问题,原来是它的锅?

在调试开关电源,尤其是电流模式控制的反激电源时,很多工程师会遇到这样的现象,电源带载能力极差,或者一上电就打嗝,也就是Hiccup,但检查电流采样电阻并未发现过流。

这背后的罪魁祸首,往往就是被忽视的Blanking Time。

在电流模式控制的开关电源中,控制器依赖检测流过MOSFET的电流,通常通过采样电阻Rcs将电流转化为电压Vcs,来决定何时关闭开关管。


看似简单的逻辑一一"当电流达到设定值就关断”,在实际应用中一般是有问题的,原因就是开通尖峰的存在。而前沿消隐时间Blanking Time就是为了解决这个问题而生的关键机制。

Blanking Time,学名叫"前沿消隐",是指在开关管MOSFET导通的最初一段时间内,PWM控制器强制忽略电流采样引脚CSPin上的信号。

如果没有这段"前沿消隐",控制器会把开通瞬间的噪声误判为过流信号,导致MOSFET刚打开就被立即关断,电源根本无法正常工作。

那尖峰电流从何而来?

为什么MOSFET开通瞬间会有巨大的尖峰?这并非负载导致的,而是由寄生参数决定的。主要来源有三:

1.在反激拓扑中,MOS开通时,次级整流二极管正处于导通状态。此时二极管需要从“导通”变为“截止”,这个过程需要抽取电荷,表现为二极管在极短时间内"短路”。这个电流折算到原边,会形成一个巨大的电流冲激。

2.关断期间漏源电压Vds很高(Vin + Vor),开通瞬间Coss储存的能量通过Rcs瞬间释放。变压器原边绕组的层间电容也会在开关瞬间产生充放电电流。

3.PCB走线上的寄生电感与上述电容在du/dt极大的瞬间发生高频谐振。

首先Blanking Time实际上设定了MOSFET的最小物理导通时间,因为在消隐时间内,无论电流多大,控制器都不会关断MOS。
在轻载或空载时,电源需要的占空比极小。如果消隐时间设置得过长,导致ton_min大于负载实际所需的导通时间,每个周期传输的能量就会过剩。输出电压会漂高,或者迫使电源进入深度跳周期模式,产生低频纹波甚至啸叫。

其次当输出端发生硬短路或变压器饱和时,电感量L骤降,电流斜率di/dt=Vin/L 会变得极大。

如果Blanking Time太长,在消隐期结束前,电流可能已经上升到了 MOSFET的饱和电流。此时控制器还在"闭眼”状态,等它睁开眼想关断时,可能已经来不及了。所以对于高频或低感量的设计,必须严格控制 Blanking Time,或者选用带有二级过流保护SOCP功能的芯片。

大多数控制器内部集成了LEB电路,但在实际工程中,为了进一步抑制噪声,我们通常会在CS引脚外部再加一个RC滤波器。
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外部RC时间常数不能太大,否则会进一步通过延迟信号来延长实际的 Blanking Time。如果你发现必须把电容加到1nF以上电源才能稳,那说明你的PCB Layout走线太差,或者是变压器绕制工艺有问题,分布电容太大,而不是LEB的问题。