開關電源(Switch Mode Power Supply，簡稱SMPS)，又稱開關電源、開關變換器，是一種高頻功率變換裝置，是電源的一種。

　　我們就來盤點一下開關電源調(diào)試時最常見的 10 個問題，希望能對您有所幫助。

　　問題一：輸出電壓不穩(wěn)定

　　輸出電壓不穩(wěn)定是開關電源調(diào)試中最常見的問題之一。這可能是由于反饋回路故障、輸入電壓波動、負載變化過大或者電源內(nèi)部元件參數(shù)漂移等原因引起。解決這個問題需要檢查反饋回路的元件是否正常，優(yōu)化輸入濾波電路，以及合理設計負載匹配。

　　問題二：輸出紋波過大

　　輸出紋波過大可能會影響到電子設備的正常工作。造成這一問題的原因可能是濾波電容容量不足、電感參數(shù)不合適、開關頻率設置不當或者 PCB 布線不合理。可以通過增加濾波電容容量、優(yōu)化電感參數(shù)、調(diào)整開關頻率以及改善 PCB 布線來解決。

　　問題三：電源效率低下

　　電源效率低下會導致能源浪費和發(fā)熱問題。這可能是由于開關管導通損耗過大、磁性元件損耗過高、驅(qū)動電路損耗大或者控制策略不合理等原因造成。解決方法包括選用低導通電阻的開關管、優(yōu)化磁性元件設計、提高驅(qū)動電路效率以及改進控制算法。

　　問題四：電磁干擾(EMI)超標

　　EMI 超標會對周圍的電子設備產(chǎn)生干擾，影響其正常運行。開關電源中的高頻開關動作是 EMI 的主要來源?？梢酝ㄟ^合理布局 PCB、添加 EMI 濾波器、優(yōu)化變壓器設計以及采用軟開關技術來降低 EMI。

　　問題五：過流保護失效

　　過流保護失效可能會導致電源和負載損壞。這可能是由于過流檢測電路故障、保護閾值設置不當或者保護電路響應速度慢等原因引起。需要檢查過流檢測電路的元件，合理設置保護閾值，并提高保護電路的響應速度。

　　問題六：過熱問題

　　過熱會影響電源的可靠性和壽命。造成過熱的原因可能是功率器件散熱不良、工作電流過大、環(huán)境溫度過高等?？梢酝ㄟ^增加散熱片面積、改善散熱風道、降低工作電流或者加強通風散熱來解決。

　　問題七：啟動困難

　　電源啟動困難可能是由于啟動電路故障、輸入電容充電時間過長、軟啟動電路失效或者控制芯片工作異常等原因?qū)е?。需要檢查啟動電路的元件，優(yōu)化輸入電容參數(shù)，檢查軟啟動電路以及更換有問題的控制芯片。

　　問題八：空載輸出電壓異常

　　在空載狀態(tài)下，輸出電壓異常可能是由于反饋回路在空載時工作異常、變壓器次級繞組漏電或者輸出端存在寄生電容等原因造成?？梢詸z查反饋回路在空載時的工作狀態(tài)，修復變壓器漏電問題，以及減小輸出端的寄生電容。

　　問題九：負載調(diào)整率差

　　負載調(diào)整率差會導致輸出電壓隨負載變化而大幅波動。這可能是由于反饋回路的增益不足、輸出濾波電容容量不夠或者電源的內(nèi)阻過大等原因引起?？梢酝ㄟ^增加反饋回路的增益、增大輸出濾波電容容量以及降低電源內(nèi)阻來解決。

　　問題十：短路保護問題

　　短路保護功能失效可能無法在電源輸出短路時及時保護電源和負載。這可能是由于短路檢測電路故障、保護動作閾值設置不合理或者保護電路響應不及時等原因造成。需要檢查短路檢測電路，合理設置保護動作閾值，并提高保護電路的響應速度。

　　開關電源是廣泛應用于電子設備中的一種電源供應方式，其高效率和穩(wěn)定性使其受到廣泛青睞。然而，在開關電源的設計和調(diào)試過程中，常常會遇到各種問題。本文將探討開關電源調(diào)試中常見的問題以及相應的解決方法。

　　1. 常見問題與解決方法

　　1.1 過載保護失效

　　問題表現(xiàn)：當負載過大時，開關電源無法啟動過載保護功能，容易導致電路元件損壞。

　　解決方法：檢查過載保護電路的設計和參數(shù)設置是否正確，確保過載情況下能夠及時切斷輸出電流。

　　1.2 輸出紋波過大

　　問題表現(xiàn)：輸出電壓或電流存在大幅度的紋波波動，影響電子器件正常工作。

　　解決方法：優(yōu)化濾波電路設計，增加濾波電容、電感等元件，降低輸出紋波水平。

　　1.3 電磁干擾問題

　　問題表現(xiàn)：開關電源在工作時產(chǎn)生的電磁干擾影響其他電子設備的正常運行。

　　解決方法：采取電磁屏蔽措施，如增加屏蔽罩、優(yōu)化地線布局等，減少電磁輻射和干擾。

　　1.4 開關頻率異常

　　問題表現(xiàn)：開關電源的工作頻率不穩(wěn)定或異常，可能導致輸出電壓波動、功率損耗等問題。

　　解決方法：檢查反饋回路、控制芯片等部分，確認電路連接正確，并調(diào)整相關參數(shù)使開關頻率穩(wěn)定。

　　1.5 過溫保護觸發(fā)

　　問題表現(xiàn)：開關電源工作過程中出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，觸發(fā)過溫保護，停止工作。

　　解決方法：優(yōu)化散熱設計，增加散熱片面積、改進通風等方式，提高散熱效果，避免過溫保護觸發(fā)。

　　1.6 效率低下

　　問題表現(xiàn)：開關電源的轉換效率較低，導致能量浪費嚴重，影響系統(tǒng)整體性能。

　　解決方法：選擇合適的開關管、變壓器等元件，優(yōu)化電路拓撲結構，調(diào)整控制策略，提高轉換效率。

　　1、變壓器飽和

　　當變壓器(及開關管)在高電壓或低電壓輸入(包括輕負載、重負載或容性負載)、輸出短路、動態(tài)負載或高溫的情況下導通時，通過變壓器的電流(和開關管)非線性增長。當這種情況發(fā)生時，峰值電流值無法預測或調(diào)節(jié)，從而導致電流過大，并因過壓而損壞開關管。

　　變壓器飽和時的電流波形

　　匯總開關電源調(diào)試的常見問題

　　變壓器飽和時的電流波形

　　容易飽和：

　　1)變壓器電感過大;

　　2)圈數(shù)太少;

　　3)變壓器的飽和電流點小于IC的最大限流 點 ;

　　4)無軟啟動。

　　解決方案：

　　1)降低IC的限流點 ;

　　2)加強軟啟動，使通過變壓器的電流包絡上升得更慢。

　　匯總開關電源調(diào)試的常見問題

　　當前信封

　　2、Vds過高

　　Vds 的應力要求：

　　在最惡劣的條件下(最高輸入電壓、最重負載、最惡劣環(huán)境溫度、上電或短路測試)，Vds 的最大值不應超過指定規(guī)格的 90%。

　　降低Vds的方法：

　　1)降低平臺電壓：減少變壓器原、副邊匝數(shù)比;

　　2)降低尖峰電壓：

　　1、減少漏感：

　　當開關導通時，變壓器的漏感儲存能量，這是產(chǎn)生峰值電壓的主要原因?？梢酝ㄟ^降低漏感來降低峰值電壓。

　　2、調(diào)整吸收電路：

　?、俨捎肨VS管;

　　② 使用速度較慢的 二極管，其本身可以吸收一定的能量(尖峰);

　　③ 插入阻尼電阻可以使波形更加平滑，有利于降低EMI。

　　3、IC溫度過高

　　原因及解決辦法：

　　1)內(nèi)部 MOSFET 損耗過大：

　　開關損耗過高，變壓器的寄生電容過高，導致MOSFET的 開通 和關斷電流與Vds之間存在巨大的交叉面積。解決辦法：增加變壓器繞線距離以減小層間電容，或者如果繞制多層，則在層間加一層絕緣膠帶(層間絕緣)。

　　2)散熱不良：

　　將熱量傳送到 PCB 的引腳 及其上的銅箔占 IC熱量的很大一部分。應多涂焊料，并盡可能擴大銅箔面積。

　　3) IC周圍空氣溫度 過高：

　　IC 應放置在空氣流通良好的地方，并應遠離零件溫度過高的地方。

　　4、空載、輕載無法啟動

　　現(xiàn)象：

　　空載、輕載無法啟動， Vcc 在啟動電壓和關斷電壓之間反復跳變。

　　原因：

　　空載和輕載時， Vcc 繞組感應電壓過低，進入反復重啟狀態(tài)。

　　解決方案：

　　增加Vcc繞組匝數(shù)，降低Vcc限流電阻，正確添加假負載。增加Vcc繞組匝數(shù)、減小Vcc限流電阻后，如果重載時Vcc過高，請參考穩(wěn)定Vcc的步驟。

　　5、啟動后無法重載

　　原因及解決辦法：

　　1) 重載時Vcc太高

　　負載較重時Vcc繞組的感應電壓較高，當Vcc過高并達到 IC 的OVP點時， 會觸發(fā)IC 的過壓保護，導致無輸出。 如果電壓升高超過 IC 的承受能力，IC將 被損壞。

　　2) 內(nèi)部限流被觸發(fā)

　　1、限流點太低

　　如果在重負載和容性負載下限流點太低，則流經(jīng)MOSFET的電流受到 限制而不足，導致輸出不足。增加限流引腳電阻和限流點作為補救措施。

　　2、電流上升斜率過大

　　如果上升斜率過大，電流峰值會更高，更容易觸發(fā)內(nèi)部限流保護。解決方案是增加電感而不使變壓器飽和。

　　6、待機輸入功率大

　　現(xiàn)象：

　　空載和輕載時Vcc不足。這種情況會導致空載和輕載時輸入功率過高，輸出紋波過大。

　　原因：

　　輸入功率過大的原因是當Vcc不足時， IC 進入重復啟動狀態(tài)，經(jīng)常需要高電壓給Vcc電容充電，導致啟動電路失效。如果在啟動引腳和高電壓之間串聯(lián)一個電阻，此時電阻的功耗會較大，因此啟動電阻的功率要足夠。

　　電源 IC 未進入 Burst Mode 或已進入Burst Mode，但Burst頻率過高，開關持續(xù)時間過長，開關損耗過高。

　　解決方案：

　　調(diào)整反饋參數(shù)，降低反饋速度。

　　7、短路功率過大

　　現(xiàn)象：

　　當輸出短路時，輸入功率過高，Vds過高。

　　原因：

　　輸出短路時重復脈沖較多，同時開關管電流峰值很大，導致輸入功率過高，開關管電流在內(nèi)部儲存過多能量。漏感，導致開關管關斷時Vds較高。

　　當輸出短路時，開關管會因以下兩種原因之一而停止工作：

　　1)通過這種方式觸發(fā)OCP可以使開關動作立即停止

　　1. 觸發(fā)反饋引腳的OCP;

　　2、開關動作停止;

　　3. Vcc下降至IC關斷電壓;

　　4. Vcc 回升至 IC 啟動電壓并重新啟動。

　　2) 觸發(fā)內(nèi)部限流

　　使用該方法時，可用占空比受到限制，當Vcc達到 UVLO下限時停止開關動作 ;然而，Vcc達到UVLO下限所需的時間 較長，因此開關動作維持的時間較長，輸入功率較高。

　　1.觸發(fā)內(nèi)部限流，占空比受限;

　　2. Vcc下降至IC關斷電壓;

　　3、開關動作停止;

　　4. Vcc 回升至 IC 啟動電壓并重新啟動。

　　解決方案：

　　1) 減少電流脈沖的數(shù)量，以便在輸出短路時激活反饋引腳的 OCP，從而使開關過程立即停止并減少電流脈沖的數(shù)量。這意味著當發(fā)生短路時，反饋引腳上的電壓應該上升得更快。因此，反饋引腳的電容應保持最小。

　　2) 降低峰值電流。

　　8、空載、輕載輸出紋波過大

　　現(xiàn)象：

　　空載或輕載時Vcc不足。

　　原因：

　　當Vcc不足時，振蕩器IC會在啟動電壓(如12V)和關斷電壓(如8V)之間間歇性地長時間工作，為輸出提供短暫的能量，然后長時間停止，導致電容器存儲放電。由于沒有足夠的能量來維持輸出穩(wěn)定，輸出電壓會下降。

　　解決方案：

　　保證在任何負載條件下都能穩(wěn)定提供Vcc。

　　現(xiàn)象：

　　Burst Mode下間歇工作的頻率太低，輸出電容的能量在該頻率下無法保持穩(wěn)定。

　　解決方案：

　　在滿足待機功耗要求的情況下，適當提高間歇工作頻率和輸出電容。

　　9、過載、容性負載無法啟動

　　現(xiàn)象：

　　可以輕載啟動，啟動后可以重載啟動，但不能重載或大容性負載啟動。

　　總體設計要求：

　　無論輸入電壓是最低還是最低(如10000uF)，輸出電壓必須在20mS內(nèi)上升到穩(wěn)定值。

　　原因及解決方案(如果Vcc在其典型工作范圍內(nèi))：

　　下面以容性負載C=10000uF為例進行分析。

　　根據(jù)規(guī)范，輸出必須在 20 毫秒內(nèi)升至穩(wěn)定的輸出電壓(例如 5V)。

　　E=0.5*C*V^2

　　電容 C 越高，在 20 毫秒內(nèi)從輸入傳輸?shù)捷敵龅哪芰烤驮蕉唷?/p>

　　匯總開關電源調(diào)試的常見問題

　　芯片 FSQ0170RNA

　　如圖所示，芯片F(xiàn)SQ0170RNA深色區(qū)域的整個面積S就是所需的能量。1)提高峰值限流點I limit ，允許更大的電感電流Id：增加Pin4連接的電阻，內(nèi)部電流源Ifb的分流更小，并利用PWM比較器作為限流參考 電壓 。正輸入電壓將上升，允許更多電流通過 MOSFET /變壓器，從而增加可用能量。

　　2)增加首次啟動時傳輸能量所需的時間，即延長 Vfb 上升時間(到達OCP保護點之前)。

　　匯總開關電源調(diào)試的常見問題

　　該 FSQ0170RNA 芯片上的電感電流控制是以 Vfb 作為參考電壓，Vfb 電壓的波形與電感電流包絡成正比?？刂芕fb的上升時間可以調(diào)節(jié)電感包絡線的上升時間，從而增加能量傳輸?shù)臅r間。

　　IC的OCP功能是通過感測Vfb何時達到 Vsd (例如6V)來實現(xiàn)的。因此，可以延長 Vfb 的上升時間，以最小化 Vfb 斜率。

　　當輸出電壓未達到正常值且反饋引腳電壓Vfb已達到保護點時，能量傳輸時間不足。當負載較重或容性負載時，輸出電壓上升緩慢，加在光耦上的電壓較低，流過光耦二極管的電流較小，光耦光敏管處于高阻狀態(tài)(容易導 通 )關閉)較長一段時間。連接至反饋引腳的電容器可通過 IC 的內(nèi)部電流源更快地充電。如果Vfb在這段時間內(nèi) 上升到保護點(例如6V)，MOSFET將被關斷。 由于輸出無法達到正常值，導致啟動失敗。

　　解決方案：

　　當輸出電壓達到正常值時，反饋引腳電壓Vfb仍然小于保護點。使 Vfb 遠離保護點并緩慢爬升，或減小 Vfb 上升的斜率，以使輸出有足夠的時間上升到其通常值。

　　1. 增加反饋電容(C9)會降低 Vfb 從 D 線到 A 線的上升斜率，如圖所示。然而，如果反饋電容太大，則會干擾正常工作條件，減慢反饋速度，并增加輸出紋波。因此，電容不能波動太大。

　　2、由于方法A的不足，在反饋引腳并聯(lián)穩(wěn)壓管(D6，3.3V)串接一個電容(C7)。當Vfb小心時：這種方法不會干擾正常工作，因為B 行中指出。

　　1)加大反饋腳電容(包括穩(wěn)壓管串電容)，對于容性負載很大的問題影響最小;

　　2) 提高峰值電流限制點I limit ，以及穩(wěn)態(tài)OCP點。在容性負載和最小輸入的情況下，必須檢查變壓器是否會飽和。

　　3)若要保持限流點，應增大R10C11;然而，在超級電容負載(10000uF)的情況下，5Vsb的上升時間可能會增加到20mS以上，因此應該檢查該方法，看看動態(tài)響應是否受到太大影響。;

　　4)431的偏置電阻R10太小，并聯(lián)431的C11要大一些;

　　5)為了保證上升時間，可以同時采用增加OCP點和增加R10×C11的方法。

　　10、空載、輕載輸出去抖

　　現(xiàn)象：

　　當輸出空載或輕載時，輸入電壓關閉，輸出(如5V)可能出現(xiàn)如下圖所示的電壓彈跳波形。