反激的PSR与SSR技术解析及优劣

前言

反激变换器的电源芯片分为两类控制,即:原边反馈控制器(Primary Side Regulator,PSR);副边反馈控制器(Secondary Side Regulator,SSR)。

PSR技术是利用变压器的辅助绕组来反映副边绕组的电压信号。辅助绕组和副边绕组电压与变压器的匝比成正比,副边线圈电流下降到零时,副边输出电压等于副边线圈上的电压,采样该电压信号作为反馈信号,由控制芯片处理后得到MOS管的驱动信号,其开通时间决定了电感所储存的能量,从而也影响副边绕组输出电压,经过这个反馈过程最终得到稳定的输出电压。

SSR技术是发展较早的反激电源控制技术,通过对输出电压采样实现输出电压的控制。与PSR技术相比,SSR技术需要额外增加光耦和TL431等元器件,其中TL431实现输出电压检测,检测的结果通过光耦以电流的形式反馈回原边,实现对输出电压的控制。


目录

1 概述

2 PSR与SSR技术解析及优劣

3 PSR与SSR技术电源芯片

4 参考资料


1 概述

反激电路是最常见的变换器拓扑之一。其优势在于电路结构简单、设计方便及具竞争力的尺寸、成本、效率比、可靠性,在100W以内应用非常广泛。

PSR控制与SSR控制技术原理如图1所示。PSR控制:实际中,芯片供电需要VCC支路,辅助绕组与原边供地,而辅助绕组电压与副边输出绕组电压和匝比相关,因此,通过控制辅助绕组从而使输出电压稳定。该技术可以减少电源的元器件,输出调节比较粗略,大多数PSR控制芯片包括补偿电路,这样可以简化设计。原理图见图1a。

若输出需要精确的控制,则需要采用SSR技术,该方法通过直接检测输出电压,由误差放大器和光耦将反馈信号以电流的形式传到原边,从而在不破坏原边与副边电气隔离的情况下完成信号的传输。原理图见图1b。即使副边有多个输出,该种控制可以使输出各支路电压更精准,精确的原因是副边多绕组之间的交叉调整率比原边和副边绕组的交叉调整率更容易实现,同时副边调节还可以采用不同的技术来优化调节性能。比如,在变压器中使用升级绕组或加权反馈技术。

2 PSR与SSR技术解析及优劣

在电源精度、稳定性和可靠性方面,SSR控制由于PSR控制,每种控制技术都有各自的优劣。根据CV控制策略,PSR控制可分为四代,即:Gen1为单一的PFM模式;Gen2为分段PFM模式;Gen3为PFM+PWM混合模式,在动态和音频噪音指标得到很大改善;Gen4为CCM+PFM+PWM混合工作模式,功率应用等级大幅度提高。PSR方案通过采取多工作模式+前馈补偿等技术,其转换效率、电压调整率、动态负载响应等指标已逼近或超越SSR方案,其自适应恒流功能有益于电源及供电设备可靠运行,相比SSR方案,去掉光耦和TL431等元器件,以原边辅助绕组作为采样电压,设计复杂度降低、成本优势明显,获得了广大工程师的青睐。

目前PSR控制方案主要以Gen2和Gen3为主,Gen4在未来会逐步成熟并应用于量产。PSR与SSR控制的优缺点见表1。

3 PSR与SSR技术电源芯片

在了解相关的电源芯片时,找到了几家利用PSR和SSR控制原理的反激电源管理芯片,这里罗列几家。来源是通过PSR技术和SSR技术关键词搜索,整理如下:

(1)必易微

必易微在100W以内产品可选型号较多,产品目录列表中反激式电源分为“PSR功率转换器”和“SSR功率转换器”,其中PSR转换器推荐功率均小于65W,工作频率为70kHz100kHz,待机功耗小于75mW。控制器根据内部集成开关管分为集成结型场效应管(BJT)、场效应管(MOSFET)两种。SSR功率转换器推荐功率小于100W,工作频率小于100kHz,部分最大到500kHz,工作模式DCM/QR/CCM,重载进入CCM模式。

从官网发布的产品来看,必易微产品推荐功率均在100W以内,有单片电源管理芯片,也有集成MOS和GaN的产品,产品种类丰富。但Datasheet不对外开放,需要提供联系方式获取。

(2)芯朋微

同样地,在芯朋微官网的HV产品线目录下可以找到AC/DC转换器电源管理芯片,也是按照PSRSSR控制分类,其中PSR控制内部集成MOSFET,最大电压支持800W,功率小于25WSSR控制分为内部集成MOSFET和不集成开关管两种,集成开关管的最大功率支持65W,主要集中在30W以内;不集成开关管的芯片最大功率支持200W,工作频率集中在65kHz100kHz,最高频率可达1MHz。同样地,Datasheet不对外开放,需要提供联系方式获取。

(3)通嘉科技

通嘉科技成立于2002年,专注在ACDC一/二次侧产品开发,兼具混模(Mixed-mode)及整合型(Comb-type) 设计技术能力,为ACDC中大功率最佳完整解决方案的电源管理 IC设计公司。进入官网可以在Mid-Power目录下找到初级调节和隔离式次级调节的控制器,图1中的原理图来自于官方发布的资料。产品种类比较多,也包含集成MOS的控制器。根据功率和电压需求,可供选择的途径丰富。其中部分Datasheet无法下载,可以获取样品。​

(4)立錡科技

立锜科技成立于1998年,是一间国际级的模拟IC设计公司,专注于整合技术能力、坚持质量和积极的客户服务,以提供客户产品价值为宗旨,产品广泛应用于电脑、消费性终端产品、网络通讯装置、大尺寸面板显示器等领域。在官网上可以在交直流转换目录找到反激式电源管理芯片,根据介绍可以看出产品主要应用在消费类产品。同样地,Datasheet只有特征介绍,没有详细资料,可以后台申请。

(5)芯源

在MPS官网上可以找到对应的反激转换器目录,产品只有六款,采用集成方案,功率和输入电压范围较小,主要应用于机顶盒、充电器和摄像头等电源。产品也没按照PSR和SSR分类,但发布的器件Datasheet可下载,可以供工程师设计参考。

反激电路是最常用的电路之一,关于反激的电源芯片也非常的多,这里也不在罗列,各家的芯片实现的目的相同,实现的路径略有不同,具体选择需要根据需求检索,找到合适自己的芯片。国内母线做芯片的厂家非常多,大多属于起步阶段,好多产品也是刚发布,资料较少,如果设计采用官产替代方案,需与厂家取得联系申请Datasheet等资料。

4 参考资料

[1]https://www.dianyuan.com/article/32841.html

[2]https://www.ednchina.com/news/a6895.html

[3]https://www.elecfans.com/d/2305188.html

[4]https://www.szlwtech.com/iczx/1718.html

[5]https://www.elecfans.com/article/83/116/2010/20101013224545.html

[6]https://www.monolithicpower.cn/learning/resources/primary-side-vs-secondary-side-regulation

[7]https://www.richtek.com/Design%20Support/Technical%20Document/AN011?sc_lang=zh-CN

[8]https://rohm.eefocus.com/article/id-2324

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