AC-DC｜設計篇

故障排除(Trouble Shooting) ②：當二次側MOSFET在輕載時因諧振動作而導通時

2020.09.09

重點

・這是對現有隔離型返馳式轉換器二次側的替換，因此充分確認實際的運行情況是非常重要的。

・輕載時二次側MOSFET可能會受諧振動作影響而導通，對策有4種左右。
1) 減小DRAIN引腳連接電阻R1
2) 改用強制關斷時間長的型號（IC）
3) 在二次側MOSFET的汲極－源極間添加緩衝電路
4) 減小變壓器的匝比Ns / Np

・各對策都存在需要權衡的注意事項。

上一篇文章中介紹了故障①“當二次側MOSFET立即關斷時”的對策，同時也提到了相對應策的注意事項。本文將介紹當二次側MOSFET在輕載時因諧振動作而導通時的注意事項和處理方法。

故障②：當二次側MOSFET在輕載時因諧振動作而導通時

以下的電路圖與上一篇文章中給出的電路圖相同，其中給出了防止二次側MOSFET誤導通的對策①-1，添加鐵氧體磁珠和調整濾波用電阻R1（加大）。然而，該對策中如果R1的值過大，在輕載時二次側MOSFET有時可能會誤導通。下面使用右下圖來說明其原理。

1：因決定關斷時序的R1阻值過大，故DRAIN引腳電壓的檢測延遲，V_GS2無法變為Low。
2：在V_GS2變為Low之前，I_FET2處於逆流狀態。
3：逆流的I_FET2積蓄，二次側MOSFET關斷，因此V_DS2的諧振振幅增加。
4：V_DS2再次變為負電壓，V_GS2變為High（二次側MOSFET誤導通）。
5：與2同樣，流過I_FET2逆流電流，重複3、4、5。

對策

針對這種故障②，大致有4種對策。不過，與故障①的對策引發故障②相同，各對策都存在需要權衡的注意事項。下面匯總了4種對策及其注意事項。

對策	注意事項
故障②：當二次側MOSFET在輕載時因諧振動作而導通時
對策②-1 減小DRAIN引腳連接電阻R1	如果R1過小的話，雜訊濾除效果也會減弱，因此可能會回到故障①的“二次側MOSFET立即關斷”狀態
對策②-2 改用強制關斷時間長的型號（IC）	如果強制關斷時間過長，重載時二次側MOSFET的導通可能會延遲
對策②-3 在二次側MOSFET的汲極－源極間添加緩衝電路	在發生諧振動作的範圍（無負載～中負載）添加緩衝電路，會導致待機功耗增加，效率惡化
對策②-4 減小變壓器的匝比Ns / Np	一次側MOSFET的V_DS耐壓餘量減少

※針對故障②，使用編號“對策②-n”來表示其對策。

●對策②-1：減小DRAIN引腳連接電阻R1 
透過減小濾波用電阻R1的值，使V_DS2的諧振振幅降低，可防止二次側MOSFET誤導通。作為故障①的對策，曾提到過加大R1值的方法，但是如果R1過大，或最初的選擇值過大，就需要重新向減小的方向調整R1的值。
※注意事項：如果R1過小，雜訊濾除效果也會減弱，受DRAIN引腳電壓引發的雜訊影響，可能會回到故障①的“二次側MOSFET立即關斷”狀態。使用該對策反復調整均看不到明顯效果時，就需要嘗試其他對策。

●對策②-2：改用強制關斷時間長的型號（IC） 
可透過在二次側MOSFET關斷後，在比一個諧振週期（誤導通發生期間）長的時間強制關斷二次側MOSFET，來遮罩誤導通。

在“用於設計的IC”中介紹過，在該設計案例中採用的電源IC BM1R001xxF系列是具有不同強制關斷時間（Compulsion OFF Time）的引腳相容系列產品。強制關斷時間是防止DRAIN引腳產生的諧振波形引發的二次側MOSFET誤導通（即故障②）的遮罩時間，共有BM1R00146F～BM1R00150F的5種型號，以供根據改為同步整流電路時的條件選擇適當的強制關斷時間之用。

在本案例中，選擇了強制關斷時間為2µ sec（Typ.）的BM1R00147F，不過作為對策範例，給出的是強制關斷時間更長的3.6µ sec（Typ.）的BM1R00149F。

※注意事項：如果強制關斷時間過長，在重載時可能會因強制關斷時間導致二次側MOSFET的導通時序延遲，因此需要確認重載時的運行情況。以下僅為參考範例，是使用了在本設計中強制關斷時間過長（4.6µ sec）的BM1R00150F時產生的導通時序延遲波形，和使用了具有遮罩效果和關斷時間正好的BM1R00149F時的波形。