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AC/DC

評估絕緣型返馳式轉換器的性能和確認重點

重要確認重點:MOSFET的VDS和IDS、輸出整流二極體的耐壓

前一節從機上設計絕緣型返馳式轉換器開始,接著試作並評估是否符合設計目標,也就是輸出電壓和效率等電源規格。而本節將說明規格以外的其他重要確認重點。以下為預定說明項目。

一開始先評估一般規格,並說明確認重點的不同。下表為範例所使用電路的設計目標,經過多次測試後才達到目標。

參數 Min Typ. Max 單位 條件
輸入電壓 90 264 VAC
無負載時的輸入功率 50 mW 輸入:100VAC/230VAC
輸出電壓 11.4 12 12.6 V
輸出電流 1.5 A
輸出漣波電壓 100 mV 頻寬20MHz
效率 80 % 輸出:12V/1.5A

表格的項目數值是一般電源規格,而其測量方法等也說明過了。例如輸出電壓設定條件後,先利用電壓計測量電壓,若測量值位於設定的上限和下限之間,就能判定符合規格要求。

然而,實際測量必須再詳細一些,或是採用其他方式進行評估,並事先確認潛在的問題和上限,以便能夠順利進入量產階段。這一種層級的評估方式,必須具備「如何進行觀察、要觀察什麼」的經驗和專業知識。

MOSFET的汲極電壓和電流
右圖為例題所使用、內建MOSFET的電源ICBM2P014的輸出段內部區塊圖,以及一部分返馳式轉換器構造的外接電路。

內建MOSFET是讓IC的DRAIN端子接上汲極,SOURCE端子接上源極。此MOSFET主要是開關變壓器的一次側,並將能量傳送至二次側,在產生輸出電源上扮演著非常重要的角色。

若此處的開關動作和波形有些奇怪,輸出當然無法正常。

以下為MOSFET(IC)的VDS和IDS

左邊是啟動時的波形,右邊為常態運轉下的波形。啟動時輸入電壓會在達到運轉電壓後開始開關,VDS基本上會出現VIN+VOR和GND電位的開關波形,IDS則是和其連動。該波形狀態大致上良好,啟動後不易散亂且順利轉移至常態運轉,也未因為開關產生尖突,未發現特殊狀況,MOSFET也位在額定值(650V)內。

右邊常態運轉時的波形放大了時間軸,能了解開關時的VDS和IDS關係。在此根據電路構造預設各波形,以及未發生異常的尖突和振盪、振動等。(電路運轉和波形詳細內容,請參照「絕緣型返馳式轉換器的基本概念」。)

基本上確認VDS和IDS包含尖突、振盪在內,並未超過額定值。條件包括輸入電壓、負載電流、溫度、上限和下限的測量矩陣。在各條件之下觀察特性變動狀況,接著進一步根據電路運轉和零件的特性加以證明,並將結果轉化成日後的專業知識。

輸出整流二極體的耐壓
輸出整流二極體位於先前所示的電路圖二次側上,確認施加到輸出整流二極體的Vr、逆電壓無任何問題。該二極體中,以VIN×線圈比+VOUT的最大值為逆電壓。觀察實際施加的電壓未超過Vr額定值、未出現異常波形(電路運轉和波形詳細內容,請參照「絕緣型返馳式轉換器的基本概念」。)

右邊的波形是輸出整流二極體Vr波形的範例之一。

實際觀察的波形和電壓、電流,完成和計算數值一樣,但和教科書所教導的理想數值不同。尤其是波形,存在著雜散電容和電感等外在妨礙因素,同時影響到測量方法。若未具備足夠的經驗,根本無法判斷觀察結果是好是壞。不過,這時候廠商提供的評估用機板就能派上用場了。電路多少有些不同,但基本上運轉仍然接近理想中的狀態,將評估用機板和自己設計的機板相互比較,是較為實際有效的方式。

重點:

・確認MOSFET的VDS和IDS位在額定值內,未出現異常的尖突和振盪。

・確認施加在整流二極體的電壓,位在逆耐壓Vr額定值內,同時也一併確認波形如何。

・和廠商提供的評估用機板相互比較,是較為實際有效的方式。


隔離型返馳轉換器的性能評估和重點