似乎論壇上搞單片機(jī)控制一類的居多,不知道純粹的模擬電源有沒有人喜歡。
設(shè)計(jì)目標(biāo):
- 電壓輸入:100~265VAC 50Hz
- 輸出電壓:28~38V DC
- 輸出電流:480mA恒流
- 額定輸出功率:18W
- 電源效率:88%典型
- 功率因素:0.92/220VAC
- 使用環(huán)境溫度:-20℃~40℃
- 電源壽命:》30000小時(shí)
- 抗浪涌電壓:3000V
輸出開路保護(hù),不接負(fù)載通電測試2小時(shí),恢復(fù)負(fù)載后驅(qū)動(dòng)器能夠正常工作。
輸出短路保護(hù),短路輸出端通電工作兩小時(shí),排除故障后驅(qū)動(dòng)器能夠正常工作。
方案選型,首先這是個(gè)小功率恒流源,可選的方案大概有下面幾個(gè):
1. AC-DC恒壓+DC-DC恒流,目前使用這種方案的廠家不多,大功率的居多,非常高規(guī)格的燈具里面會有一部分使用,優(yōu)點(diǎn)是無頻閃,恒流性能可以調(diào)節(jié)得非常好,大概1%左右吧。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成本高。我們不需要那么高的規(guī)格,這個(gè)方案放棄。
2. AC-DC電阻采樣做電流反饋,似乎采用這種方案的也很少了,采樣電阻消耗功率,反饋調(diào)節(jié)繁瑣,調(diào)節(jié)性能一般,很少見有使用這種方案的了。
3. AC-DC原邊反饋,最常見的方案,得益于近兩年大量的企業(yè)涉足LED行業(yè),讓人覺得LED行業(yè)有大把的錢賺,一大批專門做LED恒流驅(qū)動(dòng)芯片的廠家隨之而來?,F(xiàn)在的LED驅(qū)動(dòng)芯片原理都差不多,原邊反饋,單級PFC,效率、驅(qū)動(dòng)能力都差不多,甚至還有PIN-PIN的,估計(jì)又是抄片的吧。綜合考慮,這次只是做個(gè)小實(shí)驗(yàn),就選手頭上有樣品的吧,SY5800,數(shù)據(jù)手冊在文件結(jié)尾。
電路本身沒有什么好說的,按照數(shù)據(jù)手冊的做就是了,如果公司用量大的話,直接讓原廠FAE申請個(gè)DEMO板測試。設(shè)計(jì)的原理圖如下:
具體的電路設(shè)計(jì)以后如果有人感興趣再慢慢交流吧。
變壓器設(shè)計(jì),這個(gè)是開關(guān)電源設(shè)計(jì)的重點(diǎn)、難點(diǎn),不過好在現(xiàn)在很多廠家都給出計(jì)算公式或者表格,一步一步計(jì)算就行了,我也是圖省事,找廠家要了一個(gè)文檔(文章結(jié)尾獲取下載鏈接)
一步一步填寫需要的數(shù)據(jù),表格會自動(dòng)生成所需要的參數(shù)?,F(xiàn)在的芯片廠商通常都會給出這種類似的傻瓜式表格,只有少數(shù)幾個(gè)地方需要注意的,其他的按照需要填寫即可。如果想詳細(xì)了解反激變壓器的計(jì)算,可以去除表格的保護(hù),按照表格隱藏的公式一步一步推理,這樣會很容易理解,有興趣的可以自己研究,我在這里就不詳細(xì)推導(dǎo)了。
表格計(jì)算出來的參數(shù)僅供參考,根據(jù)我們的需要可以適當(dāng)調(diào)整,我們選用EFD25的磁芯,5pin+5pin的電木臥式骨架,設(shè)計(jì)的變壓器初級56T+54T,次級38T,輔助供電12T。線徑通常按照6A每平方毫米計(jì)算,但是通常會因?yàn)槔@不滿一層或者剛好超出一匝兩匝的調(diào)整線徑,以方便變壓器繞制。變壓器繞線是個(gè)奇妙的東西,不同的繞線順序可能會有不同的結(jié)果,有機(jī)會的話,大家也可以試試。實(shí)際繞制一個(gè)變壓器,會在后面詳細(xì)的圖片說明。
PCB 設(shè)計(jì),尤其開關(guān)電源的PCB設(shè)計(jì),真是太有規(guī)律了,隨便拿款變壓器PCB 看,都似曾相似,最基本的初級在一邊,次級在一邊,變壓器橫跨初級和次級。一個(gè)好的開關(guān)電源布局很容易讓人分辨初級和次級,包括初級的交流部分和直流部分,高壓部分和低壓部分,通常都是經(jīng)緯分明的。
這個(gè)簡單的電路用單面板就可以了,減少成本。下面的是PCB版圖,圖紙上可以清晰的分辨初級次級的隔離帶,如果有可能的話盡量寬些,最少不能少于6.4mm,要不就得考慮爬電距離和電氣間隙的問題了。高壓部分,L、N兩個(gè)市電輸入,保險(xiǎn)管前面必須保證3mm的間距,保險(xiǎn)管之后沒有具體要求,但是為了防止打火現(xiàn)象,盡量留寬一些。交流和直流某些安規(guī)機(jī)構(gòu)也會有要求,最好在布局的時(shí)候就有所考慮。初級的電流回路環(huán)路盡量小,對后面的調(diào)試會有很大幫助的。下面是PCB的截圖
漫長的PCB打樣過程也不要閑著,準(zhǔn)備元器件,設(shè)計(jì)變壓器,繞制變壓器這些工作都可以進(jìn)行。我喜歡在PCB打樣的期間把這些事情準(zhǔn)備好,PCB一到,立馬焊接調(diào)試。
重點(diǎn)和大家分享一下我繞制變壓器的經(jīng)驗(yàn)吧,也許壇里面許多兄弟都是搞軟件的,沒有太多機(jī)會接觸開關(guān)電源變壓器。本人是野雞派,沒有高手指導(dǎo),也不知道繞制方法是否正確,說得不對的地方大家輕點(diǎn)拍磚,尤其不要打臉,拜托各位!
首先準(zhǔn)備好磁芯和骨架。用國產(chǎn)的磁芯骨架不要太有信心,參數(shù)要稍微降低一點(diǎn),不要芯片廠家用什么參數(shù)我們就跟著用什么參數(shù),死得很慘的。別人可以找頂級的磁芯廠商支持,我們也許是在電子市場的地?cái)偵险襾淼臉悠?。你懂的?/p>
當(dāng)然小刀,鑷子和斜口鉗之類的工具是不可少的。別笑,哥窮,工具爛些就爛些吧,您要是實(shí)在看了過意不去,要想送我套好的,我也勉為其難收下
繞線機(jī),個(gè)人覺得還是手搖的好,最好帶顯示,要不忘記匝數(shù)麻煩。
繞線至少要有個(gè)合適的夾具,自己動(dòng)手做一個(gè),骨架套在上面不晃動(dòng)就好,骨架晃來晃去的真是心煩,也不好繞平整。
準(zhǔn)備繞線了,先在骨架最里面包一層絕緣膠帶,好處是這樣繞的線會比較平整。
定位好1號腳位,開始按照設(shè)計(jì)的圖紙進(jìn)行繞制,纏繞漆包線到開始的引腳上,緊密的繞制線圈。通常第一次會多次嘗試,原則是用足夠大線徑的導(dǎo)線,繞完需要的匝數(shù)之后剛好填滿一層。
繞夠匝數(shù)之后不要著急把漆包線拉回引腳,先纏繞一圈絕緣膠帶,再把漆包線拉回,再用絕緣膠帶包三匝。
按照設(shè)計(jì),次級使用三層絕緣線加強(qiáng)絕緣,繞制之前和第一層一樣,定好腳位固定,選擇合適的線徑繞滿一層或者兩層。繞線完成之后同樣包三層絕緣膠帶。
按照次序繞制其他的繞組。
好了,一個(gè)完整的變壓器線包就繞制好了,看起來還不錯(cuò)吧。
去除漆包線的保護(hù)層,固定在設(shè)計(jì)好的腳位上。
這下該磁芯上場了,自己繞制變壓器通常采取在兩邊墊氣隙的方式獲得需要的電感量。切記,反激開關(guān)電源在工作時(shí),變壓器在MOSFET開通時(shí)充當(dāng)電感的角色,一定要留氣隙防止變壓器飽和。
電橋上!
一面墊氣隙一面測量初級電感量,找到需要的電感量需要墊多厚的絕緣膠帶,繞制第二個(gè)的時(shí)候會需要的。
調(diào)整好之后在磁芯外面用絕緣膠帶固定。好了,欣賞一下外面的勞動(dòng)結(jié)果吧。
如果有需要,可以測試一下漏感,調(diào)整RCD吸收的時(shí)候會用得著的。
好吧,急不可耐的裝上電路板測試。
變頻電源該上場了,提供外面需要的電壓和頻率,還帶保護(hù)功能,這個(gè)最重要了
自制的保護(hù)盒,其實(shí)就是在交流回路中串接一個(gè)白熾燈泡,這樣如果開關(guān)電源有短路等情況發(fā)生時(shí)不會發(fā)生爆炸等嚴(yán)重事故。尤其第一次上電,燈泡亮了的話表示你的電路有重大問題,立馬關(guān)電檢查。
連接好交流電,記得要斷電操作,相信自己一定是最倒霉的一個(gè),千萬謹(jǐn)慎?。?!一定!
好吧,我坦白,每次我上電的時(shí)候也是心驚肉跳的。不過這次似乎沒有什么設(shè)計(jì)失誤,上電就有輸出了,測試一下空載電壓正常,空載功耗正常,接入LED負(fù)載能夠正常點(diǎn)亮。
第一次帶負(fù)載一定要注意輸入功率是否在設(shè)計(jì)的范圍之內(nèi),通電幾十秒我通常會關(guān)電,摸摸有無異常發(fā)熱的地方。如果沒有的話,再通電幾分鐘試試。一次次的延長通電時(shí)間,直到確保電路不會過熱。
人品一如既往的好,或者是老衲的功力又長進(jìn)了,基本沒有發(fā)現(xiàn)什么問題。下一個(gè)重要人物登場了。測試電氣參數(shù)。
看起來還是不錯(cuò)的,調(diào)整率和效率基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。
萬里長征也只是完成了第一步,路漫漫兮~~~還有好多工作要做呀,慢慢來吧,待續(xù)···
我了個(gè)去,碼個(gè)帖子好累呀,改天再碼,先歇會。啥都可以不服得服老呀!
繼續(xù)更新。
電源初步測試沒有問題,,效率和調(diào)整率都還比較理想,經(jīng)過4個(gè)小時(shí)的拷機(jī)試驗(yàn),手摸各元器件沒有非常燙手的地方。但是,總得有個(gè)標(biāo)準(zhǔn)不是,手摸也太粗糙了
多路溫度巡檢儀上場!
先定義好各個(gè)測試點(diǎn):
CH1:輸入整流橋D2
CH2:主控芯片U1
CH3:輸出二極管D1
CH4:共模電感L2
CH5:MOSFET Q1
CH6:磁芯
溫度最高的是輸出整流二極管,其實(shí)400V/3A肯定是足夠的,估計(jì)是因?yàn)樽儔浩髟O(shè)計(jì)的反射電壓過高,輸出二極管沒有加吸收電路,反向恢復(fù)時(shí)間引起的損耗。但是溫度還是在可接受的范圍之內(nèi),算了懶得修改變壓器設(shè)計(jì)。
更新電氣測試
溫度測試基本OK,開始測試電氣參數(shù),電壓探頭和電流探頭先加上
示波器讀取的電壓和電流波形,CH1電壓,CH4電流
很奇怪吧,分明做的是恒流電源,LED負(fù)載,怎么就輸出包含了正弦波?是這樣的,別擔(dān)心,單級PFC都會有正弦紋波,工頻引起的。如果用高級的相機(jī)或者攝像機(jī)拍照,會看到這種單級PFC驅(qū)動(dòng)電路點(diǎn)亮的燈會有頻閃,加大輸出電容的容量會改善,但是不能消除,誰能夠用單級PFC做出沒有頻閃的芯片的話肯定是業(yè)界的創(chuàng)新。
測試MOSFET的DS電壓,也是驗(yàn)證設(shè)計(jì)的時(shí)候計(jì)算是否準(zhǔn)確的依據(jù)。
很有趣的波形,為了單級實(shí)現(xiàn)PFC和反激變換,MOSFET的DS電壓出現(xiàn)了100Hz的饅頭包絡(luò)。
再更新傳導(dǎo)測試截圖
第一次測試就OK 的截圖
取消差模電感L1之后測試
恢復(fù)原狀,取消共模電感L2之后測試
恢復(fù)原狀,取消共模電感CX2之后測試
恢復(fù)原狀,取消共模電感CX1之后測試
評論