5V-40A開關(guān)電源筆記

ID:75926 · 發(fā)表于 2015-4-4 04:12

大約兩個個星期前，我開始策劃做這款電源。本打算是為系樓前風(fēng)光互補顯示板上用的。要求是10-15V輸入。5V-40A輸出。

從2012年12月開始，由于需要，我開始看開關(guān)電源的相關(guān)資料，并開始著手做開關(guān)電源。當(dāng)時第一個開關(guān)電源是用在德州公司申請的一款芯片做的。當(dāng)時我真是笨，連Datasheet都沒看懂，就照著數(shù)據(jù)手冊畫了一個PCB。可想而知，肯定是做不成的。因為根本不懂工作原理。后來，我又在德州公司申請了一個5V-20A的模塊，算是應(yīng)付吧。在后續(xù)的日子里，我一邊做飛思卡爾，一邊看開關(guān)電源資料。看了很多，Buck,Boost以及單端正激，單端反激，推挽輸出，半橋，全橋，以等等一些資料。包括電源高頻變壓器，電感選取，電容選取等等，都稍微懂那么一點。但當(dāng)正真做時，就不知怎么下手了。因為沒有整體的思路。

  飛思卡爾結(jié)束后，為了準(zhǔn)備電賽，我才又拾起電源。不僅僅是為了做電賽。更多是想去做做。連續(xù)兩次我做了開關(guān)電源升壓電路。一個是用Boost做，不算成功，因為當(dāng)時，紋波很大，雖然帶負(fù)載沒問題，但當(dāng)時我不知道如何消除尖峰。接著我又和搭檔合作做一個電賽題目，我做的還是升壓部分。不過這次我選用推挽升壓，用高頻變壓器進(jìn)行升壓。說道這里，的謝謝樊京老師，因為是借他的非晶合金磁環(huán)，真的很給力。那個升壓部分，還算可以。當(dāng)時基本滿意。這兩次用的控制芯片都是TL494，很給力。真的！

廢話不多說，言歸正轉(zhuǎn)。說說這個5V-40A的電源吧。

整個電源分為五個部分：

驅(qū)動部分

控制部分

輸出濾波

過流保護(hù)

升壓部分

畫不成那個箭頭，你們就看著吧。

先說驅(qū)動部分，驅(qū)動部分，很簡單，用四個3205并聯(lián)使用。柵極驅(qū)動，加下拉消延遲電路。同時源極輸出并四個超快恢復(fù)，超大電流的肖特基。

這是電路圖，很簡單吧。

那個柵極二極管用的是5819，超快恢復(fù)

那個28V的穩(wěn)壓管因為沒買到，也沒加。先說說，怎么工作的吧。當(dāng)輸入是高電平時，9012截止，二9012的射極是比基極大0.2V左右的，因為有5819的存在。上升沿看不出什么。但當(dāng)時低電平時，由于，基極變低，這時理論上因為有二極管的存在，射極會更低，但實際上由于結(jié)電容的存在，射極電壓會高，如果沒有這個電路，結(jié)電壓會慢慢下降，因為沒有一個專業(yè)的釋放回路，但由于9012的存在，在低電平時，一旦導(dǎo)通，迅速將結(jié)電壓釋放，并且能釋放的很徹底。這是就，減小了延遲時間，使開關(guān)管發(fā)熱量減小。關(guān)于續(xù)流二極管，我不多說，因為稍微有點電源基礎(chǔ)的人都能看懂。關(guān)于那個28V的穩(wěn)壓管，是為了消除高電平期間的震蕩而加的。但后來沒買到，也沒那個必要，就沒加。其實加上更好一點。

  接下來說說升壓部分吧。也很簡單。我們通常都知道，升壓就是Boost電路。尤其是當(dāng)功率不大的時，直接買一個升壓芯片就完事了。我們用做多的就是34063，這個升壓芯片，還不錯。測試時可以升到44V。但讓我感到心寒的是即便我加了擴流電路，在輸出400ma時，熱的我都徹底受不了。我用的是另一款，XL6009，一個升降壓模塊。他的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出我們的想像。無論你是多少，他都能穩(wěn)住。3-28V任意電壓。其實有點浪費。這個升壓部分，我認(rèn)為最好用2588.德州公司的。但手頭沒有。買吧，有沒Money。所以就奢侈了一下。電路，我不畫了，會用2596的人，應(yīng)該會用XL6009.超級簡單。

再說說這個碉堡的控制部分吧。起初我用TL494測試成功了。但當(dāng)時心不甘，想用UC3842，也是德州公司的。當(dāng)時，在不到兩個小時我就“成功”測試了UC3842。只焊接了控制部分，波形很完美，并且擁有最強大的圖騰推拉功能，拉灌電流可達(dá)1A。當(dāng)時我心里那個樂呀。于是我就打算用3842做，畫板子，焊電路，正正忙了，2天，終于焊接完成。測試時，空載波形真的很完美。頻率150KHZ。但加上負(fù)載，我就傻眼了。當(dāng)你不留心時，你不會覺察到，你的電源輸出有一個頻率超低的紋波，但紋波很大。我根本沒在意。但有一次我發(fā)現(xiàn)輸入電源電壓超級不穩(wěn)定，并且時大時小。我就愣了。因為我手頭的這個電源可是0-36V，10A輸出的可調(diào)電源，360W呀。這款電源別說在源動力，就是全南陽理工也只有一個如此霸氣的開關(guān)電源。

這時候，我開始想到是我現(xiàn)在做的這款電源有問題了。我再次掛示波器測量，增大時間。然后我傻眼了。一個鋸齒波，50HZ，峰峰值6V。我操！！！！開什么玩笑。我開始各種猜想和假說，百度，電源論壇，書籍。我齊齊查閱了一邊。書上根本沒提這種現(xiàn)象。論壇上倒有一個也遇到了同樣的問題。但都沒解決。

再后來，我又發(fā)現(xiàn)這個鋸齒波，是隨著負(fù)載增大，峰峰值減小，頻率增大的。并且當(dāng)我掛到電源的輸入，發(fā)現(xiàn)有一個尖峰斜坡震蕩，并且這個震蕩頻率也是和輸出的鋸齒波頻率保持一致。

這種問題，最根本的原因就在于UC382.好像是3842電壓采樣頻率一樣。但我查看了內(nèi)部結(jié)構(gòu)后發(fā)現(xiàn)，根本不可能。因為是誤差放大加運放調(diào)節(jié)。速率是非常高的。比單片機要高的多。

連續(xù)3天時間，查資料，找原因，但一直找不到。。。。。心碎了。。。。

第四天我決定換控制器，雖然這不是源動力人的風(fēng)格。但我真的沒救了。又換回了TL494.一次性成功。紋波不到200mv。

下面是控制電路：

很簡單吧。頻率可調(diào)的，最高調(diào)到150K，最后又降下來了。47KHZ。它的最高頻率是300KHZ，UC3842的最高頻率是500KHZ。這個頻率在信號處理當(dāng)中，不算高，但在電源里，已經(jīng)不低了。因為沒有幾個開關(guān)管可以承受的住這么大的頻率。

再說說輸出濾波吧。輸出濾波很簡單，就一個電容加幾個電容就OK了。但注意，這個環(huán)節(jié)也是最重要的。

先上圖：

圖中那個電感是最讓我心痛的，為了繞一個完美的它。我前前后后繞了10多次。手都弄出泡了。曬一個最后成功的電感吧。

就是這貨，35uh.繞的線使用1.5mm的三根并繞。饒了10圈。初次我曾用2根并繞過，但發(fā)熱太嚴(yán)重。我給各位做電源的提個醒。繞電感不可輕視。

第一：磁環(huán)要選對

第二：盡量緊湊

第三：繞至要均勻

第四：不要盲目，一定要知道，你要繞多大，大概幾圈。

再說說電容吧。圖上，我畫了不少，但最后只焊了三個電解。因為按常理，要選取盡量小ESR的電容。如果沒有，可以多并一些小電容，增大電容量，同時降低ESR。但空間有限，我從徐老師屋的廢舊的ATX開關(guān)電源上拆了幾個不錯的電容，容量也大，質(zhì)量也不錯。兩個藍(lán)精靈的，一個和平的。為了消除高頻雜波，我又在輸出并了兩個CBB。3.3的。還行。效果很明顯。

最后再說說過流保護(hù)吧。

其實與其是過流保護(hù)，倒不如是限流保護(hù)。我設(shè)置的限制電流是40A。電路真的很簡單，三個康銅絲并聯(lián)，一個運放，進(jìn)行電流-電壓轉(zhuǎn)換。

上個圖吧。

GND是真地。S-GND是輸出假地。電源用的15V。不是5V。

很簡單吧。就一個電壓串聯(lián)負(fù)反饋。

最后再上幾張實物圖吧：

圖片

這是測試場景。

加了散熱風(fēng)扇后的，更加強大。

這是我的超級電源，0-36V可調(diào)，10A輸出。它充當(dāng)了測試電源，這是測試現(xiàn)場，因為我的給他留的余量。所以，不敢再加負(fù)載了。左邊是電流，右邊是電壓，大家算算功率。這個狀態(tài)，燒半盆水。

但是不到40分鐘，我的總電源關(guān)斷了。可能是過熱保護(hù)了。水沒燒開，燒的燙手了。不敢測量。因為全南陽理工就我那一個超級電源。

在上一張，當(dāng)時我的測量狀態(tài)吧：

在這個狀態(tài)，我測了輸出電壓，4.9V紋波320mv.你可以算一下，輸出電流有多大，除去線和開關(guān)管及風(fēng)扇損耗，輸出電流大概有27A左右。因為實驗室沒有能上20A的電流表，況且都是壞的，除了我的那個。我只能估算。不過我是有根據(jù)的。在輸出10幾A時我用我的表測過，計算過損耗。損耗有7W左右。也就是說有最多不超過10W的整機損耗。

不過這次我有點不高興的是我沒有采用同步Buck.因為在不加風(fēng)扇時，我發(fā)現(xiàn)續(xù)流二極管比MOSFET還熱。不過這也不奇怪。因為續(xù)流二極管有0.2V的壓降。正常。

本打算在上幾張示波器的完美波形圖，但由于我的手機沒照相功能，上面的幾張還是借別人的手機照的，不好意思再借。況且掛上示波器，我一個人也不好弄。就沒拍。

總體來說，這個電源，我還是比較滿意，掛上風(fēng)扇后，20A連續(xù)工作40分鐘，散熱片只是溫溫的。還不錯。不過這個電源我是相信它能輸出40A的，因為沒有測試電源，我只能根據(jù)現(xiàn)實估計。再給做電源的幾個忠告吧。做電源，PCB布線，會要了你的電源命。如果你的布線技術(shù)不過關(guān)，最好手工打造。尤其是做大功率電源時。布線的最基本的幾個原則：

1.    功率環(huán)路盡量粗，短，

2.    控制芯片的地一定要和輸出同步。

3.    變壓器，電感遠(yuǎn)離控制芯片

4.    盡量剪短反饋線和驅(qū)動線的長度。

最好再說一點，也是所有人最不喜歡聽的一點，如果你要用某個芯片或者開關(guān)管，建議，一定要熟讀它的英文手冊。就像我正正看了2天3205的手冊一樣。它會讓你受益匪淺。這次這篇日記之所以沒加過多的理論計算，是因為我知道加了也是白加，因為我知道大家喜歡看圖，不喜歡計算。不過理論計算是必不可少的。

好了，就到這，我想回去休息，有點困。歡迎各位到此閱讀。如果有不正確的地方，歡迎指正。