偏置电源设计中PSR和SSR的区别

1.前言

对于功率小于 10W 的偏置电源，设计时最大的考虑是其效率和成本。在这篇文章中，我将比较两种控制方案——初级侧调节 (PSR) 和次级侧调节 (SSR)——并就如何获得更高效和更具成本竞争力的设计提供一些建议。

图 1 所示的经典反激式拓扑仍然是功率低于 10W 的最流行的拓扑，不仅因为它的少量外部组件可以帮助我们获得极具竞争力的物料清单 (BOM) 成本，还因为反激式拓扑可以轻松实现多路输出，这是偏置电源设计的关键规范。

图 1：经典反激式拓扑

2.二次侧调节

图 2 显示了一个典型的 SSR 控制框图。为了稳定输出电压，需要输出电压的反馈。为安全起见，隔离电源需要非电流反馈；输出必须与交流输入电隔离。传统上，光耦合器晶体管提供这种隔离。与经典的反激式拓扑相比，主要区别在于增加了一个光耦合器（例如 TI TL431）以及多个电阻器和电容器，以构成反馈回路和误差放大器补偿电路。

图 2：具有单输出的典型 SSR 反激式框图

借助光耦合器反馈，可以选择要调节哪个输出，或者通过从每个输出连接一个检测链来权衡每个输出对环路需求的影响，如图 3 所示。因此我们可以轻松地在 ±1 范围内实现负载调节% 如果你使用了 SSR 控制法则。

图 3：具有多个输出的 SSR 框图

3.初级侧调节

与 SSR 拓扑相比，PSR 控制方法省去了光耦合器和补偿元件（如图 4 所示）。变压器中的磁场提供反馈。虽然电阻器和电容器相当便宜（但误差放大器和光耦合器的成本也不是微不足道的），但这种方法确实节省了成本和印刷电路板 (PCB) 面积。光耦合器的老化特性会降低设计的可靠性，因此更少的组件可以增加平均无故障时间 (MTBF)。

另一方面，PSR 控制器通常是内部补偿的，这可以节省控制回路设计的时间和精力。对于具有高浪涌或隔离电压要求的应用，减少穿过隔离栅的组件数量可减少可能发生故障的区域数量。

对于 PSR 控制器的交叉调节，负载最重的输出设置回路需求。如果负载较轻，其他输出可能调节不佳。并且由于大多数 PSR 控制器使用“拐点采样”进行反馈，因此控制器仅在不连续导通模式 (DCM) 下运行。输出电压纹波将高于连续导通模式 (CCM)。

图 4：具有单输出的 PSR 框图

表 1 比较了 PSR 和 SSR 控制律之间的一些关键特征。

表 1：PSR 和 SSR 控制关键特性的快速比较

4.新的参考设计

具有隔离式多输入的通用输入、10W、高效、低成本电源参考设计专为电器偏置电源而设计，使用 TI 的 UCC28911 控制器在恒定电压 (CV) 和恒定电流 (CC) 反激模式下运行。该高压开关集成了一个高压功率 FET 和一个使用 PSR 的控制器，通过变压器偏置绕组支持磁感应输出电压调节。该感应消除了对用于输出电压调节的次级侧基准、误差放大器和光隔离器的需求。磁采样方案仅允许在 DCM 下运行，因此如果器件未感应到过零检测器 (ZCD) 事件，例如当辅助绕组电压在变压器退磁完成。调制器调整不同负载区域中的频率和峰值电流，以最大限度地提高整个工作范围内的效率。控制逻辑功耗和高压电流源的智能管理，用于在运行期间关闭并具有非常低的泄漏电流的启动，允许我们设计具有非常低的待机输入功率的转换器。

该参考设计的主要亮点是：

· 在 10% 负载下超过 75% 的低负载效率

· 90V 输入下的待机功率低于 30mW

· 谷底开关和频率抖动以简化 EMI 合规性

图 5 和图 6 分别显示了简单的示意图和效率曲线。

图 5：基于 UCC28911 的多输出反激式转换器

图 6：230V AC和 115V AC输入时的效率曲线

5.概括

反激式转换器是低功率隔离电源最流行的拓扑结构。虽然易于以低成本实现多路输出，但这种拓扑仍然存在变压器利用率差和交流电阻损耗高的问题。

如果想要获得良好的瞬态响应性能，并且需要高精度的输出，SSR 控制拓扑更适合。如果设计对成本和待机功耗非常敏感，请选择 PSR 控制器。