电源可靠性评估

电源可靠性评估 需要可靠性评估需要基础知识：电源就像是一个源头的河水，有很多路路上有很多闸关键元器件工作条件、典型应用、典型拓扑的工作原理及控制方式优缺点、保护电路的工作原理、RCD 、RC 时间常数 一、元器件：顺时极限值（测试方法、评判标准、关键参数 超标原因及改善措施、失效模式、案列分享） MOS ：（改变其栅极驱动电阻看MOS 管Vds 、Ids 、。

研究多个电路MOS 管的导通过程[感性负载、阻性负载]、多种损耗分析、失效模式、MOS 管一些极限参数及评判方法、热阻的概念。

典型包括boost 、LLC 电路的驱动Vgs 、当MOS 管驱动电压较低是否可以考虑降低驱动电阻提高Cgd 的放电速度。

MOS 管开关过程首先声明一点研究MOS 管开关过程脱离相应的电路是没有实际意义的。

另外MOS 管开关电源里面都研究其作为开关器件使用。

MOS 管的导通过程：驱动源对MOS 管gs C 充电，当gs C 电压达到th GS V V ,MOS 管开始导通，电流D I 开始缓慢上升，当电流达到最大负载电流时，DS V 电压开始降低，漏极电压下降，那么驱动源电荷开始对gd C （米勒电容）充电，GS V 进入米勒平台，GS V 电压不会上升，直到DS V 电压降低到不能再降低DS V =on ds D R I -⨯时，米勒平台结束。

MOS 管基本上完全导通，此后驱动源电荷继续对gs C 充电，使之达到与驱动源电压相等的电压)1(gsdrive C R tdrive gs eV V ⨯--=)(之后满足th gs GSDSm V V V I g =∆∆=1、 阻性负载开关假设此MOS 管跨导1=∆∆=GSDSm V I g ，那么th GS V V =之后，当A I DS 1=，1R 上消耗1V 电压，同时V V DS 11=，依次计算MOS 管完全导通后V V DS 0=。

2、 感性负载① 电感电流连续CCM电感电流连续MOS 管打开之前二极管中流过电流，当th GS V V =电压之后，MOS 管流过DS I 电流，此时DS I 较小，但是随着GS V 电压上升而上升，但是只要二极管D1还流过电流，那么DS V 电压就会箝位在输出电压out V ，直到MOS 管流过全部的负载电流，负载电流达到最大。

此时MOS 管DS V 电压开始降低，电感两端同步实现电压反转上升变为左高右低。

② 电感电流断续DCM这种以上图说明，电流断续说明最大负载电流DS I 为0，那么这种情况就是当th GS V V =时，MOS 管DS V 电压就开始下降，GS V 进入米勒平台，但是由于此时电感的作用以及时间很短的关系，DS I 电流基本不会增加，图中的电流尖刺是二极管承受反压时的反向电流。

3、 米勒平台的影响因素 ① 高度从前面的分析可以看出，当MOS 管DS I 电流达到最大负载电流时，GS V 进入米勒平台，所以当负载电流DS I 越大那么达到米勒平台所需要的GS V 电压也就越高，这种情况主要针对像BOOST 电路工作在CCM 模式且占空比很高的状态，此时需要的GS V 电压更高，同时MOS 管在这种模式下更容易损坏。

②米勒平台的宽度A 、VDS 电压同样由前面分析知道米勒平台产生的原因是因为gd C 放电形成的，gd C 放电是因为DS V 电压下降才放电的，对于同一MOS 管来说，DS V 电压越高，意味着gd C 存储的电荷量越多，那么驱动源的充电时间就需要越久，那么米勒平台持续时间就越长。

所以米勒平台宽度跟DSV电压高低有关。

B 、gdC 、sd CgdC 和sd C 容量越大（sd C 两端存有较多电荷，此电压基本不受大电感控制）开，关断速度越慢，米勒平台时间会越长，MOS 管损耗增加，温升增加。

特别说明gdC 一般不会改变，但是工程师有时为了降低t vd d 改善EMI ，同时也对MOS 管关断时ds V电压尖峰有吸收作用。

C 、GS V 的驱动电阻drive R 有关MOS 管GS V 的驱动电阻drive R 有关，因为drive R 决定着gd C 的充放电的速度，drive R 越小充电速度越快。

同时改变drive R 的大小和改变gd C 容量在一定范围内效果相同。

③米勒平台消失米勒平台对应着MOS 管从不导通的状态到完全导通，期间MOS 管有较为严重的开关损耗，所以米勒平台是不希望看到的。

臭名昭著的米勒平台是不是就无法避免呢？从前面的分析过程中可以看出只要MOS 管DS V 电压变化就会出现米勒平台，那么当DS V 电压为0时再给GS V 电压导通MOS 管，那么就看不到米勒平台。

如下图黄色DS V 、蓝色GS V 、绿色DS I0=DS V 0≠DS V0=DS V 时没有看到平台，0≠DS V 米勒平台明显。

所以某些大功率电路中要求MOS 管零电压（ZVS ）导通把MOS 管开关损耗降到最低。

④DS I 之前沿尖刺——前沿消隐对于BOOST 电路来说，测试过程中常常发现DS I 经常在MOS 管刚导通的时候会出现一些尖刺。

这些尖刺是怎么产生的呢？尖刺产生于：二极管结电容和二极管两端并联电容 如下图黄色DS V 、蓝色GS V 、绿色DS I二极管并220P 电容 二极管没有并电容在MOS 管导通瞬间，二极管瞬间承受反向电压，会产生反向电流会流过MOS 管，如果在二极管两端并一个220P 左右的电容反向电流会更大，相当于反向电流另外还与导通时DS V 电压有关。

DS V 电压越高，相当于结电容存储的电荷越多，反向电流越大。

怎么来避免这种电流尖刺的产生呢？漏极加磁阻，吸收掉阻值电流瞬时突变，使电流尖峰减小，但是同样有存在缺点MOS 管关断时DS V 会产生电压尖峰。

前沿消隐：一般开关MOS 管源极都会有下地电阻检测流过MOS 管的电流，但是导通瞬间电流尖刺是不希望被检测到的，同时这种电流尖刺不加抑制的话还会影响内部检测，通常下地电阻到IC检测引脚之间会连个RC，通过设置RC常数来吸收电流尖刺。

这就是前沿消隐的必要性。

二极管：1、二极管的VF为什么二极管一定需要0.7V或者0.3V才能导通呢？首先要理解二极管的导通过程，因为这个过程对理解二极管的电容效应更加容易。

二极管（研究二极管与线路电感量的关系、实际测量其波形、二极管的从导通到截止经历几个过程，这些过程受哪些因数影响【内部的trr和外界的】、反向恢复时间还受电流峰值影响）三极管（三极管设置其电阻，看多大的驱动电流可以饱和导通、以及受地线的干扰试验）、1、三种状态截止、饱和、放大的理解2、截止失真，重点讲条件、饱和失真、串稳电路、线性稳压器。

3、三极管防干扰，注意正常控制电路和保护电路电容（纹波电流跟温度、频率校正关系）电容充电瞬间电流峰值大小：其两端的电压和容值关系稳压管(稳压管的典型电路及稳压原理)变压器、电感:伏秒平衡、电弧产生原理（光能、热能）电感电流流上升斜率计算公式（有电阻、无电阻）电感的设计、纹波电流系数、电感规格磁珠：低频时相当于短路，高频时会阻止电流变化，高频的电流会全部流过其电阻，具有很好的高频滤波特性。

芯片的前沿消隐时间三端稳压管431与光耦组成的反馈环路、鉴幅电路光耦---发光二级管反压大约5V、也有放大状态、饱和状态、CTR温度对元器件的影响：高温、低温，以及相关特性曲线、芯片 一、 保护功能 过压、过流、短路保护二、环路及地线环路为什么形成正反馈或自激：我们知道环路要稳定，一般要实行负反馈控制。

像boost 电路，LED-端检测通过检测电阻上的电压实现检测电流的大小，但是不能直接将这个检测电压反馈回主IC ，因为环路中会存在很多高频的干扰，而这些高频的干扰是没有用的，我们一般要将这些高频干扰滤除掉。

滤掉这些高频干扰需要在检测前加个RC 吸收电路。

如下图红圈但是加的这个RC 电路时间常数不能太大，也不能太小 1、太小的话某些高频干扰可能不能滤掉。

2、太大的话可能会造成自激也就是正反馈，当此RC 滤波的频率低于MOS 管的开关频率时就会形成正反馈，即当上一个周期的采样的信号是让MOS 管增大占空比，此时LED+快速升到我们想要的电压，但是由于RC 充放电速度太慢导致采样的信号还停留在电压不足的过程，所以还会继续让LED+端升压。

影响环路的因数：电容、电感、MOS 管的开关速度。

三、典型电路1、BOOST 电路升压二极管反向恢复损耗问题：①引起MOS 管开机瞬间有电流过冲、②二极管在CCM 、BCM 、DCM 中反向恢复损耗。

2、LLC 模块电路总结：①两个谐振频率当开关频率rr r C L f f π21=≥时，谐振腔呈感性利于MOS 管实现ZVS ，是次级整流管不能实现ZCS ，会造成整流管引起反向恢复损耗问题而温升偏高，不过现在大多数整流管都使用的是肖特基二极管，大大降低二极管损耗。

此时无论Q 值多大都是呈感性，acS S R C L =Q 。

当rr r C L f f π21=<时，此时等效电容Ceq 和励磁电感L2谐振，如果eqs C L f f 221π=<呈容性，eqs C L f f 221π=>呈感性。

②谐振电路的理想模型思考：A 、只要整流桥输出电压O V ，那么励磁电感m L 的次级就会箝位为f O V V +，f V 为整流二极AB管的压降，励磁电感m L 初级两端电压也会被箝位在O nV ，但是实际我们在电源测试时却发现初级绕组两端的箝位时电压不是一条直线，那是因为实际的LLC 变压器把r L 、m L 以及理想变压器集成在一起，所以测初级两端的电压实际测的是图中A 、B 两点的电压。

轻载 重载 其中CH1测的是变压器初级两端的电压Vl 、CH2为下MOS 管Vds 电压。

轻载是LLC 开关频率138K 高于重载时的开关频率120K ，轻载时相当于等效阻抗很大，谐振电流很小，几乎只剩下励磁电感电流，所以我们可以看到轻载谐振电容上面电压波动很小。

重载时的波形我们看到频率减小，谐振电流增大谐振电容上电压正弦波动幅值增大。

其实LLC 这几个关键电压存在以下关系：cr l ds V V V +=，Pl Pm P I I I +=，其中Pm I 为励磁电流、Pl I 为谐振电流。

上图重载时候的电流波形实际上是P I 。

B 、死区时间死区时间有两个作用，一个是防止两个MOS 管直通，另外可以充分在MOS 管导通之前留足时间让谐振电流对体二极管充电。

C 、当次级二极管不在通过电流时，m L 、s L 、r C 谐振。

D 、励磁电感的必要性首先要说明一点的是，励磁电流并没有参与能量转换，那为什么还要励磁电感呢？ 打个比喻，抽水机（湖水）从水井里面打水，不管单位时间流出多少水，前提条件是管子里面必须要先有水才能把水抽上去，同样的道理，LLC 次级需要输出能量，必须要励磁电感里面先有励磁电流，才能把谐振电流的能量传输到次级。