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標題: 5V-40A開關電源筆記 [打印本頁]

作者: xiaos 時間: 2015-4-4 04:12
標題: 5V-40A開關電源筆記
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，我開始看開關電源的相關資料，并開始著手做開關電源。當時第一個開關電源是用在德州公司申請的一款芯片做的。當時我真是笨，連Datasheet都沒看懂，就照著數據手冊畫了一個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，算是應付吧。在后續的日子里，我一邊做飛思卡爾，一邊看開關電源資料。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。

  飛思卡爾結束后，為了準備電賽，我才又拾起電源。不僅僅是為了做電賽。更多是想去做做。連續兩次我做了開關電源升壓電路。一個是用Boost做，不算成功，因為當時，紋波很大，雖然帶負載沒問題，但當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，真的很給力。那個升壓部分，還算可以。當時基本滿意。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。說說這個5V-40A的電源吧。

整個電源分為五個部分：

驅動部分

控制部分

輸出濾波

過流保護

升壓部分

畫不成那個箭頭，你們就看著吧。

先說驅動部分，驅動部分，很簡單，用四個3205并聯使用。柵極驅動，加下拉消延遲電路。同時源極輸出并四個超快恢復，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

那個28V的穩壓管因為沒買到，也沒加。先說說，怎么工作的吧。當輸入是高電平時，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，但實際上由于結電容的存在，射極電壓會高，如果沒有這個電路，結電壓會慢慢下降，因為沒有一個專業的釋放回路，但由于9012的存在，在低電平時，一旦導通，迅速將結電壓釋放，并且能釋放的很徹底。這是就，減小了延遲時間，使開關管發熱量減小。關于續流二極管，我不多說，因為稍微有點電源基礎的人都能看懂。關于那個28V的穩壓管，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。他的性能遠遠超出我們的想像。無論你是多少，他都能穩住。3-28V任意電壓。其實有點浪費。這個升壓部分，我認為最好用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。但當時心不甘，想用UC3842，也是德州公司的。當時，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1A。當時我心里那個樂呀。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。但加上負載，我就傻眼了。當你不留心時，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。但有一次我發現輸入電源電壓超級不穩定，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電源。

這時候，我開始想到是我現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，我又發現這個鋸齒波，是隨著負載增大，峰峰值減小，頻率增大的。并且當我掛到電源的輸入，發現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。但我查看了內部結構后發現，根本不可能。因為是誤差放大加運放調節。速率是非常高的。比單片機要高的多。

連續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。頻率可調的，最高調到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中，不算高，但在電源里，已經不低了。因為沒有幾個開關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，這個環節也是最重要的。

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，但發熱太嚴重。我給各位做電源的提個醒。繞電感不可輕視。

第一：磁環要選對

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開關電源上拆了幾個不錯的電容，容量也大，質量也不錯。兩個藍精靈的，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吧。

其實與其是過流保護，倒不如是限流保護。我設置的限制電流是40A。電路真的很簡單，三個康銅絲并聯，一個運放，進行電流-電壓轉換。

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。就一個電壓串聯負反饋。

最后再上幾張實物圖吧：

圖片

這是測試場景。

加了散熱風扇后的，更加強大。

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

但是不到40分鐘，我的總電源關斷了�？赡苁沁^熱保護了。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，當時我的測量狀態吧：

在這個狀態，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，除去線和開關管及風扇損耗，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.因為在不加風扇時，我發現續流二極管比MOSFET還熱。不過這也不奇怪。因為續流二極管有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，掛上風扇后，20A連續工作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，我只能根據現實估計。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。如果你的布線技術不過關，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，電感遠離控制芯片

4.    盡量剪短反饋線和驅動線的長度。

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。

作者: 好麻煩 時間: 2015-6-9 07:26
不知為什么文章里的圖片沒看到。

作者: stewart_leung 時間: 2015-8-16 09:40
沒圖片，不想看

作者: 暗光 時間: 2016-1-13 23:22
原來大家都沒有圖片啊

作者: raojunfeng 時間: 2017-3-26 00:15
lz 你再發一次圖片我們都看不見啊

作者: swdsmy 時間: 2018-12-17 11:27
原來大家都沒有圖片

作者: wyk1237 時間: 2024-3-14 11:20
不知為什么文章里的圖片沒看到

作者: donglw 時間: 2024-7-7 02:52
網上拷貝的，圖無法拷貝

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