網友賀歲巨獻!自製5KW-DCDC前級升壓模塊
發布時間:2013-12-21 責任編輯:eliane
【導讀】網友近段時間設計了一台48V-5KW前級升壓模塊,單個變壓器功率平均在1000W左右,變壓器采用初級並聯,次級串聯的方式,次級串聯CBB的方式,利用變壓器本身的漏感做諧振,解決了煩人的尖峰問題,目前測試過最大功率8KW下帶載10S。文中還分享了設計中的一些經驗,一起來學習一下吧!
近段時間設計了一台48V-5KW前級,糾結了許久,最後決定了用6個立式EC49變壓器,這樣單個變壓器功率品均在1000W左右,每個變壓器剛好可以用一對MOS,這樣就省的並聯MOS而造成驅動麻煩了,每個MOS分別用1個圖騰驅動,保證每隻MOS都有充足的驅動餘量。變壓器采用初級並聯,次級串聯的方式,次級串聯CBB的(de)方(fang)式(shi),利(li)用(yong)變(bian)壓(ya)器(qi)本(ben)身(shen)的(de)漏(lou)感(gan)做(zuo)諧(xie)振(zhen)。這(zhe)樣(yang)就(jiu)可(ke)以(yi)解(jie)決(jue)掉(diao)煩(fan)人(ren)的(de)尖(jian)峰(feng)問(wen)題(ti),這(zhe)樣(yang)隻(zhi)要(yao)前(qian)級(ji)一(yi)開(kai)環(huan),尖(jian)峰(feng)就(jiu)能(neng)馬(ma)上(shang)壓(ya)製(zhi)住(zhu)。目(mu)前(qian)測(ce)試(shi)過(guo)最(zui)大(da)功(gong)率(lv)8KW下帶載10S。驅動芯片是3525,當然494也OK,個人愛好。下麵是整機圖片。

1是為了平衡高度,因為輸出電容的高度,如果用臥式骨架會讓2個高壓電容顯得很單調。
2是為了安裝臥式MOS而省下空間,變壓器左右2顆螺絲剛好是MOS的位置,這樣布置能讓MOS管的功率走線最短。偏磁的問題讓它就見鬼去吧!
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再就是采用臥式安裝的MOS,那就必須使用臥式散熱器,這樣也會帶來2個難題:
1是安裝沒有立式省事,批量效率偏低,散熱器成本相對較高。
2是散熱器的風槽散熱對風扇的選取比較頭疼,其實最初我估計是用不著風冷,其實不然。目前在3KW下長時間工作,冬天可以不用,但是5KW時沒有風扇還是不行的。
臥(wo)式(shi)散(san)熱(re)器(qi)最(zui)大(da)好(hao)處(chu)就(jiu)是(shi)機(ji)器(qi)結(jie)實(shi),不(bu)會(hui)因(yin)為(wei)一(yi)些(xie)輕(qing)微(wei)的(de)顛(dian)簸(bo)就(jiu)拋(pao)錨(mao)。這(zhe)樣(yang)安(an)裝(zhuang)確(que)實(shi)比(bi)較(jiao)好(hao)看(kan),這(zhe)一(yi)點(dian)有(you)些(xie)人(ren)就(jiu)說(shuo)了(le),好(hao)看(kan)不(bu)能(neng)當(dang)飯(fan)吃(chi)哈(ha)。


輸入和輸出的接線方式也是采用端子+螺絲的方式,很多人還是比較喜歡直接抽線出來連接,不知道大夥比較看好哪種?
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其實我還恨不得直接從變壓器端把輸入引線抽出來比較省事,這樣就不用在PCB板底部加銅條。

輸出高壓電容選用高品質的日立電解,黑金剛當然更好,問題是真正的黑金剛還真不好找。輸出端還加了一級LC濾lv波bo,勁jin量liang減jian少shao輸shu出chu紋wen波bo電dian壓ya。輸shu出chu保bao護hu沒mei有you做zuo短duan路lu保bao護hu,隻zhi是shi簡jian單dan的de用yong保bao險xian絲si擋dang一yi擋dang,防fang止zhi輸shu出chu高gao壓ya短duan路lu。幾ji次ci短duan路lu測ce試shi下xia,保bao險xian盒he都dou被bei保bao險xian絲si炸zha飛fei了le,機ji器qi都dou完wan好hao無wu損sun,用yong的de是shi15A的保險絲。我想應該能抵擋一些意外短路故障而導致機器損壞的幾率了。
說(shuo)起(qi)來(lai)其(qi)實(shi)挺(ting)簡(jian)單(dan),做(zuo)起(qi)來(lai)還(hai)真(zhen)是(shi)免(mian)不(bu)了(le)折(zhe)騰(teng),其(qi)實(shi)這(zhe)機(ji)器(qi)最(zui)大(da)的(de)難(nan)點(dian)在(zai)於(yu)死(si)區(qu)時(shi)間(jian)和(he)諧(xie)振(zhen)點(dian)上(shang)的(de)調(tiao)節(jie),這(zhe)也(ye)得(de)感(gan)謝(xie)專(zhuan)家(jia)們(men)的(de)點(dian)撥(bo),不(bu)然(ran)還(hai)真(zhen)得(de)費(fei)上(shang)好(hao)些(xie)時(shi)日(ri)才(cai)能(neng)搞(gao)定(ding)。下(xia)麵(mian)把(ba)機(ji)器(qi)的(de)波(bo)形(xing)發(fa)來(lai)上(shang)獻(xian)獻(xian)醜(chou)。
MOS管驅動波形

MOS管DS波形


下xia麵mian把ba調tiao試shi的de一yi些xie經jing驗yan和he大da家jia夥huo分fen享xiang分fen享xiang,很hen多duo人ren都dou認ren為wei推tui挽wan的de死si區qu時shi間jian越yue少shao越yue好hao,這zhe樣yang在zai滿man載zai的de時shi候hou不bu至zhi於yu電dian壓ya掉diao得de太tai低di,所suo以yi把ba死si區qu時shi間jian盡jin可ke能neng調tiao到dao最zui小xiao,這zhe樣yang一yi來lai,變bian壓ya器qi的de漏lou感gan電dian流liu還hai來lai不bu及ji把baMOS管2段電壓給抽取掉,MOS管就要被導通。這樣就會在導通期間造成一定損耗。做過諧振開關電源的朋友就很清楚這一點。
下麵是死區時間偏小的MOS管波形。

很明顯可以看出,死區時間不夠也會造成MOS管2端電壓振蕩,這是由於MOS結電容充放電時間決定了死區時間的大小,所以很多人認為並聯MOS的大功率機器尖峰比較頭痛就是這個原因。
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到了這一步,是不是我們把波形整平了就算OK了呢,其實不然,這隻算是完成了一一半。
wozaitiaoshideshihou,haiyudaoyigenamendewenti,wodejiqiboxinghaole,jianfengmeiyoule,weishenmebianyaqixiaolvhendi,guanzifatangbijiaolihai,bianyaqixianbaoyehentang。
我原來沒找到原因時測試過效率,在小功率的時候,1000W的時候,變壓器還算正常,效率有98點幾,管子熱量還比較小。當帶載到2000W的時候,管子比較熱了,基本上沒有風扇散熱是不行了。特別是變壓器的線包非常湯手,帶載到3000W時效率隻有88%了(le)。我(wo)就(jiu)納(na)悶(men)了(le),我(wo)就(jiu)認(ren)為(wei)是(shi)變(bian)壓(ya)器(qi)沒(mei)繞(rao)好(hao),可(ke)能(neng)是(shi)偏(pian)磁(ci)的(de)原(yuan)因(yin)。結(jie)果(guo)重(zhong)新(xin)整(zheng)了(le)也(ye)不(bu)行(xing)。用(yong)的(de)漆(qi)包(bao)線(xian)的(de)餘(yu)量(liang)也(ye)很(hen)充(chong)足(zu),為(wei)什(shen)麼(me)還(hai)是(shi)一(yi)個(ge)原(yuan)因(yin)。最(zui)後(hou)實(shi)在(zai)沒(mei)辦(ban)法(fa)就(jiu)請(qing)教(jiao)老(lao)壽(shou)老(lao)師(shi),說(shuo)到(dao)諧(xie)振(zhen)電(dian)容(rong)大(da)小(xiao)才(cai)發(fa)覺(jiao),我(wo)的(de)諧(xie)振(zhen)電(dian)容(rong)容(rong)量(liang)和(he)壽(shou)工(gong)的(de)差(cha)距(ju)很(hen)大(da),結(jie)果(guo)仔(zai)細(xi)想(xiang)想(xiang),懷(huai)疑(yi)是(shi)諧(xie)振(zhen)頻(pin)率(lv)過(guo)高(gao)。重(zhong)新(xin)調(tiao)整(zheng)諧(xie)振(zhen)電(dian)容(rong)和(he)諧(xie)振(zhen)死(si)區(qu)時(shi)間(jian)後(hou),一(yi)切(qie)正(zheng)常(chang)。
原yuan因yin是shi諧xie振zhen頻pin率lv太tai高gao,造zao成cheng電dian流liu趨qu膚fu效xiao應ying,功gong率lv管guan在zai諧xie振zhen振zhen蕩dang反fan峰feng時shi電dian流liu應ying力li過guo大da,所suo以yi發fa熱re很hen大da,效xiao率lv低di也ye是shi理li所suo當dang然ran的de了le。那na麼me我wo們men要yao怎zen麼me知zhi道dao諧xie振zhen頻pin率lv是shi否fou過guo高gao呢ne。
下麵我把諧振頻率過高的波形發上來給大家參考:

這張波形是在輕載下的MOS管DS電壓波形,很明顯可以看出,MOS導通後一個周期內,由於次級諧振的作用,導致MOS管關斷後的電壓上升後又下降,這樣已經重複了2個周期。那麼到這裏我們就可以想,要想MOS管(guan)開(kai)環(huan)時(shi)波(bo)形(xing)平(ping)坦(tan),這(zhe)很(hen)容(rong)易(yi)就(jiu)能(neng)做(zuo)到(dao),隻(zhi)要(yao)諧(xie)振(zhen)頻(pin)率(lv)是(shi)開(kai)關(guan)管(guan)驅(qu)動(dong)波(bo)形(xing)的(de)整(zheng)數(shu)倍(bei)就(jiu)能(neng)做(zuo)到(dao)。找(zhao)到(dao)問(wen)題(ti)了(le)這(zhe)還(hai)不(bu)簡(jian)單(dan),往(wang)次(ci)級(ji)諧(xie)振(zhen)電(dian)容(rong)上(shang)不(bu)停(ting)堆(dui)電(dian)容(rong),直(zhi)到(dao)諧(xie)振(zhen)頻(pin)率(lv)和(he)驅(qu)動(dong)頻(pin)率(lv)一(yi)致(zhi)不(bu)就(jiu)OK了。
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看kan到dao這zhe裏li,相xiang信xin很hen多duo朋peng友you以yi後hou都dou會hui了le,諧xie振zhen不bu也ye就jiu是shi這zhe麼me簡jian單dan,不bu知zhi道dao我wo該gai不bu該gai把ba這zhe些xie東dong西xi寫xie出chu來lai,因yin為wei我wo個ge人ren泡pao實shi驗yan室shi半ban年nian了le,唯wei一yi拿na得de出chu底di的de家jia夥huo就jiu這zhe些xie,不bu怕pa被bei人ren噴pen,確que實shi是shi我wo沒mei啥sha長chang進jin,眼yan看kan要yao過guo年nian了le,也ye得de拿na點dian東dong西xi出chu來lai和he大da家jia夥huo們men賀he賀he歲sui。
不過咱這一寫也不能讓大家夥白撈,還有一個問題得讓大家夥想想辦法。不知道做推挽的朋友有沒有發現。就是開機瞬間,3525軟啟動過程,由於占空比沒有打開。變壓器本身漏感和輸出次級電容充電應力造成的MOS電壓尖峰非常高,例如我48V輸入前級,用200VMOS管,這尖峰在開機瞬間已經到達200V甚至會超過。危險很大,目前我隻能用TVS嵌位在160V,但是這TVS嵌位可靠性還是挺懸,TVS也會有一定壓降,電流越大,嵌位電壓越高,就是說尖峰電流大時160V的TVS會升高到180V以上,總覺得治標不治本。
所以還得看看大家夥給出處注意。我是想到以後用諧振芯片,用固定死區時間變頻的方式做推挽,不知道可行性高不高。
我這機器做了2台不同方式的樣機,大家覺得哪種比較好?


是直接從變壓器引腳處直接抽線出來,理論上電流比較均衡。有些人說這樣的比較好看。

我個人覺得下麵這種看起來比較舒服,整潔。

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