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lv8KW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(shi)15A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。
shuoqilaiqishitingjiandan,zuoqilaihaizhenshimianbulezheteng,qishizhejiqizuidadenandianzaiyusiqushijianhexiezhendianshangdetiaojie,zheyedeganxiezhuanjiamendedianbo,buranhaizhendefeishanghaoxieshiricainenggaoding。xiamianbajiqideboxingfalaishangxianxianchou。
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(ba)MOS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。
我wo在zai調tiao試shi的de時shi候hou,還hai遇yu到dao一yi個ge納na悶men的de問wen題ti,我wo的de機ji器qi波bo形xing好hao了le,尖jian峰feng沒mei有you了le,為wei什shen麼me變bian壓ya器qi效xiao率lv很hen低di,管guan子zi發fa燙tang比bi較jiao厲li害hai,變bian壓ya器qi線xian包bao也ye很hen燙tang。
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%le。wojiunamenle,wojiurenweishibianyaqimeiraohao,kenengshipiancideyuanyin。jieguozhongxinzhengleyebuxing。yongdeqibaoxiandeyuliangyehenchongzu,weishenmehaishiyigeyuanyin。zuihoushizaimeibanfajiuqingjiaolaoshoulaoshi,shuodaoxiezhendianrongdaxiaocaifajiao,wodexiezhendianrongrongliangheshougongdechajuhenda,jieguozaixixiangxiang,huaiyishixiezhenpinlvguogao。zhongxintiaozhengxiezhendianronghexiezhensiqushijianhou,yiqiezhengchang。
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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kandaozheli,xiangxinhenduopengyouyihoudouhuile,xiezhenbuyejiushizhemejiandan,buzhidaowogaibugaibazhexiedongxixiechulai,yinweiwogerenpaoshiyanshibannianle,weiyinadechudidejiahuojiuzhexie,bupabeirenpen,queshishiwomeishachangjin,yankanyaoguonianle,yedenadiandongxichulaihedajiahuomenhehesui。
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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