5V-40A開關(guān)電源筆記

ID:75926 · 發(fā)表于 2015-4-4 04:12

大約兩個(gè)個(gè)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(bǔ)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(shí)第一個(gè)開關(guān)電源是用在德州公司申請(qǐng)的一款芯片做的。當(dāng)時(shí)我真是笨，連Datasheet都沒(méi)看懂，就照著數(shù)據(jù)手冊(cè)畫了一個(gè)PCB�？上攵�，肯定是做不成的。因?yàn)楦静欢ぷ髟怼：髞?lái)，我又在德州公司申請(qǐng)了一個(gè)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�？戳撕芏啵珺uck,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(diǎn)。但當(dāng)正真做時(shí)，就不知怎么下手了。因?yàn)闆](méi)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(gè)是用Boost做，不算成功，因?yàn)楫?dāng)時(shí)，紋波很大，雖然帶負(fù)載沒(méi)問(wèn)題，但當(dāng)時(shí)我不知道如何消除尖峰。接著我又和搭檔合作做一個(gè)電賽題目，我做的還是升壓部分。不過(guò)這次我選用推挽升壓，用高頻變壓器進(jìn)行升壓。說(shuō)道這里，的謝謝樊京老師，因?yàn)槭墙杷姆蔷Ш辖鸫怒h(huán)，真的很給力。那個(gè)升壓部分，還算可以。當(dāng)時(shí)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(shuō)，言歸正轉(zhuǎn)。說(shuō)說(shuō)這個(gè)5V-40A的電源吧。

整個(gè)電源分為五個(gè)部分：

驅(qū)動(dòng)部分

控制部分

輸出濾波

過(guò)流保護(hù)

升壓部分

畫不成那個(gè)箭頭，你們就看著吧。

先說(shuō)驅(qū)動(dòng)部分，驅(qū)動(dòng)部分，很簡(jiǎn)單，用四個(gè)3205并聯(lián)使用。柵極驅(qū)動(dòng)，加下拉消延遲電路。同時(shí)源極輸出并四個(gè)超快恢復(fù)，超大電流的肖特基。

這是電路圖，很簡(jiǎn)單吧。

那個(gè)柵極二極管用的是5819，超快恢復(fù)

那個(gè)28V的穩(wěn)壓管因?yàn)闆](méi)買到，也沒(méi)加。先說(shuō)說(shuō)，怎么工作的吧。當(dāng)輸入是高電平時(shí)，9012截止，二9012的射極是比基極大0.2V左右的，因?yàn)橛?819的存在。上升沿看不出什么。但當(dāng)時(shí)低電平時(shí)，由于，基極變低，這時(shí)理論上因?yàn)橛卸䴓O管的存在，射極會(huì)更低，但實(shí)際上由于結(jié)電容的存在，射極電壓會(huì)高，如果沒(méi)有這個(gè)電路，結(jié)電壓會(huì)慢慢下降，因?yàn)闆](méi)有一個(gè)專業(yè)的釋放回路，但由于9012的存在，在低電平時(shí)，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(shí)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(shuō)，因?yàn)樯晕⒂悬c(diǎn)電源基礎(chǔ)的人都能看懂。關(guān)于那個(gè)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(lái)沒(méi)買到，也沒(méi)那個(gè)必要，就沒(méi)加。其實(shí)加上更好一點(diǎn)。

  接下來(lái)說(shuō)說(shuō)升壓部分吧。也很簡(jiǎn)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(shí)，直接買一個(gè)升壓芯片就完事了。我們用做多的就是34063，這個(gè)升壓芯片，還不錯(cuò)。測(cè)試時(shí)可以升到44V。但讓我感到心寒的是即便我加了擴(kuò)流電路，在輸出400ma時(shí)，熱的我都徹底受不了。我用的是另一款，XL6009，一個(gè)升降壓模塊。他的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出我們的想像。無(wú)論你是多少，他都能穩(wěn)住。3-28V任意電壓。其實(shí)有點(diǎn)浪費(fèi)。這個(gè)升壓部分，我認(rèn)為最好用2588.德州公司的。但手頭沒(méi)有。買吧，有沒(méi)Money。所以就奢侈了一下。電路，我不畫了，會(huì)用2596的人，應(yīng)該會(huì)用XL6009.超級(jí)簡(jiǎn)單。

再說(shuō)說(shuō)這個(gè)碉堡的控制部分吧。起初我用TL494測(cè)試成功了。但當(dāng)時(shí)心不甘，想用UC3842，也是德州公司的。當(dāng)時(shí)，在不到兩個(gè)小時(shí)我就“成功”測(cè)試了UC3842。只焊接了控制部分，波形很完美，并且擁有最強(qiáng)大的圖騰推拉功能，拉灌電流可達(dá)1A。當(dāng)時(shí)我心里那個(gè)樂(lè)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(cè)試時(shí)，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(shí)，你不會(huì)覺(jué)察到，你的電源輸出有一個(gè)頻率超低的紋波，但紋波很大。我根本沒(méi)在意。但有一次我發(fā)現(xiàn)輸入電源電壓超級(jí)不穩(wěn)定，并且時(shí)大時(shí)小。我就愣了。因?yàn)槲沂诸^的這個(gè)電源可是0-36V，10A輸出的可調(diào)電源，360W呀。這款電源別說(shuō)在源動(dòng)力，就是全南陽(yáng)理工也只有一個(gè)如此霸氣的開關(guān)電源。

這時(shí)候，我開始想到是我現(xiàn)在做的這款電源有問(wèn)題了。我再次掛示波器測(cè)量，增大時(shí)間。然后我傻眼了。一個(gè)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(shuō)，百度，電源論壇，書籍。我齊齊查閱了一邊。書上根本沒(méi)提這種現(xiàn)象。論壇上倒有一個(gè)也遇到了同樣的問(wèn)題。但都沒(méi)解決。

再后來(lái)，我又發(fā)現(xiàn)這個(gè)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(gè)尖峰斜坡震蕩，并且這個(gè)震蕩頻率也是和輸出的鋸齒波頻率保持一致。

這種問(wèn)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?yàn)槭钦`差放大加運(yùn)放調(diào)節(jié)。速率是非常高的。比單片機(jī)要高的多。

連續(xù)3天時(shí)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(dòng)力人的風(fēng)格。但我真的沒(méi)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(jiǎn)單吧。頻率可調(diào)的，最高調(diào)到150K，最后又降下來(lái)了。47KHZ。它的最高頻率是300KHZ，UC3842的最高頻率是500KHZ。這個(gè)頻率在信號(hào)處理當(dāng)中，不算高，但在電源里，已經(jīng)不低了。因?yàn)闆](méi)有幾個(gè)開關(guān)管可以承受的住這么大的頻率。

再說(shuō)說(shuō)輸出濾波吧。輸出濾波很簡(jiǎn)單，就一個(gè)電容加幾個(gè)電容就OK了。但注意，這個(gè)環(huán)節(jié)也是最重要的。

先上圖：

圖中那個(gè)電感是最讓我心痛的，為了繞一個(gè)完美的它。我前前后后繞了10多次。手都弄出泡了。曬一個(gè)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(guò)，但發(fā)熱太嚴(yán)重。我給各位做電源的提個(gè)醒。繞電感不可輕視。

第一：磁環(huán)要選對(duì)

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(shuō)說(shuō)電容吧。圖上，我畫了不少，但最后只焊了三個(gè)電解。因?yàn)榘闯＠恚x取盡量小ESR的電容。如果沒(méi)有，可以多并一些小電容，增大電容量，同時(shí)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(gè)不錯(cuò)的電容，容量也大，質(zhì)量也不錯(cuò)。兩個(gè)藍(lán)精靈的，一個(gè)和平的。為了消除高頻雜波，我又在輸出并了兩個(gè)CBB。3.3的。還行。效果很明顯。

最后再說(shuō)說(shuō)過(guò)流保護(hù)吧。

其實(shí)與其是過(guò)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(jiǎn)單，三個(gè)康銅絲并聯(lián)，一個(gè)運(yùn)放，進(jìn)行電流-電壓轉(zhuǎn)換。

上個(gè)圖吧。

GND是真地。S-GND是輸出假地。電源用的15V。不是5V。

很簡(jiǎn)單吧。就一個(gè)電壓串聯(lián)負(fù)反饋。

最后再上幾張實(shí)物圖吧：

圖片

這是測(cè)試場(chǎng)景。

加了散熱風(fēng)扇后的，更加強(qiáng)大。

這是我的超級(jí)電源，0-36V可調(diào)，10A輸出。它充當(dāng)了測(cè)試電源，這是測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)，因?yàn)槲业慕o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(gè)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(guò)熱保護(hù)了。水沒(méi)燒開，燒的燙手了。不敢測(cè)量。因?yàn)槿详?yáng)理工就我那一個(gè)超級(jí)電源。

在上一張，當(dāng)時(shí)我的測(cè)量狀態(tài)吧：

在這個(gè)狀態(tài)，我測(cè)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?yàn)閷?shí)驗(yàn)室沒(méi)有能上20A的電流表，況且都是壞的，除了我的那個(gè)。我只能估算。不過(guò)我是有根據(jù)的。在輸出10幾A時(shí)我用我的表測(cè)過(guò)，計(jì)算過(guò)損耗。損耗有7W左右。也就是說(shuō)有最多不超過(guò)10W的整機(jī)損耗。

不過(guò)這次我有點(diǎn)不高興的是我沒(méi)有采用同步Buck.因?yàn)樵诓患语L(fēng)扇時(shí)，我發(fā)現(xiàn)續(xù)流二極管比MOSFET還熱。不過(guò)這也不奇怪。因?yàn)槔m(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(jī)沒(méi)照相功能，上面的幾張還是借別人的手機(jī)照的，不好意思再借。況且掛上示波器，我一個(gè)人也不好弄。就沒(méi)拍。

總體來(lái)說(shuō)，這個(gè)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(cuò)。不過(guò)這個(gè)電源我是相信它能輸出40A的，因?yàn)闆](méi)有測(cè)試電源，我只能根據(jù)現(xiàn)實(shí)估計(jì)。再給做電源的幾個(gè)忠告吧。做電源，PCB布線，會(huì)要了你的電源命。如果你的布線技術(shù)不過(guò)關(guān)，最好手工打造。尤其是做大功率電源時(shí)。布線的最基本的幾個(gè)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(dòng)線的長(zhǎng)度。

最好再說(shuō)一點(diǎn)，也是所有人最不喜歡聽(tīng)的一點(diǎn)，如果你要用某個(gè)芯片或者開關(guān)管，建議，一定要熟讀它的英文手冊(cè)。就像我正正看了2天3205的手冊(cè)一樣。它會(huì)讓你受益匪淺。這次這篇日記之所以沒(méi)加過(guò)多的理論計(jì)算，是因?yàn)槲抑兰恿艘彩前准�，因�(yàn)槲抑来蠹蚁矚g看圖，不喜歡計(jì)算。不過(guò)理論計(jì)算是必不可少的。

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