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叶鸣 照明行业资深专家、中国电源学会专家委员会委员、高级会员 鼎阳硬件设计与测试智库专家组成员
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ThinkTank按语 话说普天下的电源产品就只用到三、四种电路拓朴：单端反激、单端正激/双正激、半桥、全桥移相。其它成千上万的电路拓朴都是用来做学问搞研究的。 R&D和Engineering就是不一样。Engineering也许不是做高深的研究，但是要在工程化过程中做出好皮实、经久耐用的好产品。搞掂单端反激电路就可以骄傲地走遍天下，做一个从事小功率电源产品研发的优秀电源工程师了！关于单端反激电源的文章汗牛充栋，但是真正接地气的并不多。该文是业内顶尖照明行业专家叶鸣先生为鼎阳硬件智库特约专稿的第二篇。文章结合实际产品的电路剖析工作原理，使用示波器实际测量电路中最关键的开关元器件MOSFET的波形，最终给出MOS管选型的结论。 关心电源设计细节的工程师可以阅读此文， 在使用电源但没有细致研究过电源工作原理的工程师可以阅读此文作为启蒙。 如果您认为此文有价值，请转发给相关电源类工程师哦！ 期待叶大师的更多文章和大家见面！
0 x7 E D* L; ? 近年来，LED照明在国内得到了迅猛的应用，它在市场上的销量呈现爆炸式的增长，在其所用的电源中，反激式LED驱动电源因其成本低、安全的特性好的优点而得到了广泛的应用。但是，在设计过程中，一般的工程师由于经验不足，会造成烧机的毛病，其中重要的原因之一，就是功率MOS管电路的设计调试不当，本文基于这个考虑，介绍一种使用示波器测试的手段，讲解下相关电路的调试方法，对于不同的电路拓扑，可以采取本方法，举一反三，通过测试，达到保证使用的三极管的可靠性的目的！ 首先，还是简单回顾下反激式LED驱动电源的工作原理： 如图1，是一个反激式LED驱动电源的简图，略去输入电源部分： ) S, \9 U: T$ f/ _/ h8 O9 [0 a( P
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下面根据本文的主图，重点针对MOS管的部分做简单的原理讲解： 控制电路根据电路各取样回路的取样，做出判断，按照设计者实现编好的工作模式，控制MOS管的工作状态，开通或者关断，R1,C1和D1构成吸收回路，用于吸收由于漏感的能量，防止漏感能量无释放的回路而产生过冲导致MOS管的峰值电压太高而烧毁MOS管，D2和C2构成次级供电的整流滤波回路，R2是MOS管电流取样电阻。 当MOS管开通的时候，各部分的电压（或电动势）的方向是，线电压通过变压器，MOS管和取样电阻形成回路，同时形成工作电流，而次级的电压（或电动势）通过功率二极管，电容和负载形成回路，由于功率二极管是反向偏置，呈现关断状态，次级无电流通过，此时的变压器相当一个功率储能电感，把能量储存在其中，如图2红箭头方向所示：
/ e0 r1 y1 t7 l) g9 a9 f 当MOS管的电流上升到一定的数值时，控制电路通过取样电阻感应得知，此时关断给MOS管的驱动信号，MOS管关断，T1变压器的次级感应电压反转，二极管正向导通，变压器中存储的能量通过二极管向滤波电容C2和负载释放，而存储在变压器漏感中的能量是无法向次级释放的，由于电感电流不能突变，这些能量就加在MOS管上，造成MOS管尖峰电压迅速升高，这时如果不加措施，将会击穿MOS管，所以在电路上增加了一个由C1、R1和D1组成的能量吸收电路，它的工作原理是，给漏感产生的电压提供一个回路，在尖峰电压到来之际，通过二极管把能量送进电容，通过电阻放电消耗掉这些存储在变压器漏感中的能量，从而保证三极管的安全。如图3所示： - v, a2 L& V7 Y- E+ ?4 |
了解了基本原理，在设计产品的时候，就要对工程样板进行测试，以便进行元器件可靠性的评估。 下面使用鼎阳SDS2024示波器对MOS管进行电压和电流的测量，通道1测量MOS管漏记电压的波形，通道2测量MOS管漏极电流的波形！ 图4，是同时测量两个通道的波形！其中蓝色波形是MOS管漏极和源极之间的电压波形，绿色的是MOS管电流的波形，我们可以看到，当MOS管导通的时候，MOS管的电压为0，蓝色的线的位置最低，这个时候，MOS管的电流开始上升，如绿色波形所示，当MOS管关断的时候，MOS管的电压上升，蓝色的线位置升高，MOS管的电流急剧降低到0，绿色线很快到达最低点。同时观看这两个重叠的波形可以使我们搞清楚MOS管在开通和关断的时候，电压和电流随时间变化的过程！ + P6 |( }( u9 n* l& g
下面讲解下根据测试结果如何调整电路参数。 , J H+ z# X9 |
下面，我将分别关上一个通道，把电压和电流的波形分开，一个个予以分析。( G% ?% g7 \, m- i. p
如图5.是MOS管电压的波形，我们需要测试的参数是，MOS管上承受的最大电压，我们如图可以测量到最大的电压是红色箭头所指之处，它已经包含了叠加了漏感的尖峰电压，使用CUESORS光标，我们测量的结果是496V。: f+ t; S9 J( E8 T
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当然，我们也可以使用MEASURE功能，而不是CURSORS功能显示最大的电压值，如图5A所示，这个数字是504V，结果在数字上有点误差，这是正常的，因为肉眼判断最大值时，有的很尖的波形看不到，而示波器却可以采样到的！ - F. b0 S) x$ A
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t- W, T( `8 \0 F; m如图6.是MOS管电流的波形，我们需要测试的参数是，MOS管上工作的最大电流！如图红色箭头所指的是通过MOS管的工作状态的最大电流，绿色箭头所指的是通过MOS管的最大浪涌电流，这个电流的形成是在MOS管开通的一霎那，线电压通过MOS管回路给变压器极间分布电容的充电电流，因为这个分布电容是变压器的寄生参数，它的数值很小，充电的时间极短，所以这个电流的特点是时间间隔特别小，波形尖峰突出，如图所示，但是MOS管所能承受的瞬间浪涌电流数值远远超过它的标称电流数值，所以这个电流的尖峰看起来似乎很大，但是实际运用时几乎可以忽略不计，我们通过CURSORS按钮，可以测量的通过MOS管极间的最大电流就是红色箭头所标的500毫安。 根据调试的波形进行MOS管参数的选用： 1.MOS管的耐压值：在本电路中，通过图5可以看到，MOS管上承受的峰值电压已经达到了500V，为了安全起见，我们选用耐压值是600V的MOS管就可以了； 2.MOS管的电流值：在本电路中，通过图6可以看到，MOS管上承受的峰值电流值是500毫安，我们可以选用最大工作电流是1A的MOS管。 综合以上得知，1N60的MOS管完全可以达到产品的可靠性要求！ 值得注意的是：调节吸收回路R1和C1的数值可以调节峰值电压的高低，但是同时也会影响整机的效率，调节的峰值电压高，效率也好，对MOS管的耐压也是要求高，反之亦然！ 1 J$ d0 ~1 q5 A* c* o1 `( y
鼎阳硬件设计与测试智库专家介绍： 叶鸣先生,中国电源学会专家委员会委员、高级会员, 1984年毕业于安徽大学物理系，历任安庆市机电研究所助理工程师、工程师，惠而浦（顺德）微波公司电子工程师，欧司朗（佛山）照明公司研发中心高级研发工程师，富桦明电子公司研发中心高级工程师，锐高（深圳）照明公司研发中心高级研发工程师，雷士照明上海研发中心主任工程师，以及其他国内的多家公司总工，在荧光灯电子镇流器、LED驱动电源上有很深的造诣，具有丰富的世界级照明电源名牌产品的设计、生产和管理经验，设计的产品畅销全球五大洲！
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发表于 2015-12-15 08:39
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发表于 2016-1-12 21:18
