一:问题描述;
模块在输出带大容性负载(1000UF)时,短路功耗如下:
1,输入36V,短路功耗为:P功耗 =0.22A× 36V=7.92w;
2,输入48V,短路功耗为:P功耗 =0.22A× 48V=10.56w;
3,输入75V,短路功耗为:P功耗 =0.22A× 75V=16.5w;
二:问题定位;
从问题描述中可以看到在输出短路时电路功耗是很大的。而为什么功耗有这么大,现做以下分析:
1, 过流保护分析
此电路采用的是峰值电流保护方式,所以在输出短路时2843的6脚还有较小占空比的PWM输出,此为功耗大原因之一。
2, 原边辅助电源分析
如图1所示,我做了以下实验:将R26(标记2)去掉,及去掉辅助绕组。开机启动能够正常工作(带1000UF容性负载)。从以上实验可知道模块在正常工作情况下,即使没有辅助绕组也可以正常工作,所以在输出短路时辅助启动电路还是可以通过图1中标记1处的电路提供2843的VCC,所以电路的功耗会很大。此为原因之二。
图1
三:解决方案
由于电路的过流保护方式已定,我们只能在辅助电源处寻求解决的方法。
方案一:
由于图1标记1处电路的电流足够大以至于在短路时还可以提供足够大电流的VCC,实验想法减小图1标记1处电路的电流及加大R27(标记3),实验证明R27加大到820欧姆的时候电路在不要辅助绕组的情况下还能够正常启动,再当加大到1K的时在不要辅助绕组的时候不能正常启动,说明标记1处电路的电流已经足够小了;但在此时加上辅助绕组之后电路也不能正常启动,波形如图2所示。由图2可以看出VCC在输出和辅助绕组电压建立起来之前提前掉下去了。解决的方法就是要求图1中C2(标记1)的电压保持一个较长的时间(注1),及图1中C2(标记1)电压保持时间T大于输出电压的建立及辅助绕组电压的建立时间TR。然后由辅助绕组提供VCC给7脚,电源才会正常工作起来。电容的电量公式Q=I×T=⊿U×C;由此可以看出加大电容C可以将时间T延长。实验证明只有当电容加大到采用3个100UF/16V的钽电容时模块才能够正常启动工作(带1000UF容性负载),这样不仅成本增加了而且在此处根本放不下封装为D的三个钽电容。处于成本和电路版面面积有限的考虑此方案不可取。
图2
方案二:
用RC启动电路代替三极管启动电路,可以节省很多版面面积。更改后的电路如图3所示:
图3
同样RC启动在电路的启动过程中需要C上的电压保持时间T大于输出电压的建立及辅助绕组电压的建立时间TR,然后由辅助绕组提供VCC给7脚,电源才会正常工作起来。由电容的电量公式Q=I×T=⊿U×C;看出解决的方法有两种一是加大电容C,二是加大⊿U。
(一),加大电容C;
实验证明只有当电容加大到采用3个100UF/16V的钽电容时模块才能够正常启动工作(带1000UF容性负载),及是说在此时刻T>TR。。此时短路功耗在输入高低压时都非常小(输入电源基本没有电流显示)能够达到客户要求。其开机启动波形如图4所示。
图4
显然加大电容后成本会有很大提高,并且模块版面有限能否有面积放下三个钽电容有待考虑,所以此方案有待确认!
(二),加大⊿U,用3842替代2843
表1
如表1所示3842的典型启动电压为16V,截止电压为10V,⊿U1=6V;而2843的典型启动电压为8.4V,截止电压为7.6V,⊿U2=0.8V;显然⊿U1 ﹥⊿U2并且⊿U1=7.5⊿U2 ,由电量公式Q=I×T=⊿U×C可知电容C可以减小7.5倍。这样可以节约较大的成本而且版面有足够的空间。但由图5的变压器设计示意图和表2的变压器的电气参数表发现;由表2中红色部分知道辅助绕组与输入绕组的匝比为8比9;现输出电压为12V,通过计算辅助电源电压为10.6再减去一个二极管的压降此时VCC就达到了3842的截止电压。所以此方法需要对变压器的辅助绕组匝数进行调整。
图5
表2
四:结论
1, 要想将LVTB15S4812的短路功耗降低,可行的解决方案只能采取方案二的两种方法:
如果采用第一种方法,优点:不需要改动变压器,周期短。
缺点:需要三个100UF/16V封装为D的钽电容,这样成本比较高,版面空间可能会不够;同时用RC启动之后功耗较大,效率会降低。
如果采用第二种方法,优点:电容的容值可以减小7.5倍,可以降低很大成本,版面也有足够空间。
缺点:需要改动变压器,周期长了,同时换用3842的方案由于启动电压高了,功耗也会较大,效率会降低。
2, 方案二的两种方法都会使开机延迟时间和输出上升时间变长,第二种方法相对第一种方法开机延迟时间和输出上升时间会短。
注1:客户对开机延迟时间和输出上升时间要求如下
开机延迟时间
客户反馈该项指标要求不严,只要满足业界指标就OK了。
输出上升时间
客户反馈该项指标要求不严,只要满足业界指标就OK了。