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制作一个简易大功率DC-DC 升压、降压“电感”?。

这两天为平板电脑买了一个无线3G路由器,一个3Gusb上网卡,两个设备同时使用电流1安,5V.首先在淘宝网络搜索一下,发现3v转5V1安的成品板不少,但看到很多人评论也就输出500毫安左右,达不到要求,买个大功率的稍微贵,手上有2.5元一片的LM2576 ADJ  输入7-40V 输出5-38V,稳定工作2安电流。

如是按网络搜索图纸进行搭焊(纯属乱搭,没有什么排线要求,什么粗不粗线都是可以不考虑,因为降压电路,且在这里输入功率不大),2节18680锂电池串联供电7.4V,可换了环行电感,工字型电感,EE型电感,反复用电感表测试调整到30-300Uh,均没有达到功率输出要求,带载1.5A 下降到3V左右,用2节串联电池在串联2个1n4007对路由器+USB 3G网络卡供电,虽然正常,但由于电压下降,导致工作时间很短,情急之中,直接用两节锂电池对设备供电,瞬间USB 网卡升天,白白烧掉170元3G上网卡。

最后想来想去,去中关村买个100-300uh的罐型功率电感吧,又不想动身去,突然想起了做开关电源的时候,不是磁芯中间柱子有一边磨掉了0.25毫米的气隙吗,立即找到EE19磁性,将一边E字型中间柱用打磨机随便打掉一点点,和另外一边合起来看到有点缝隙就行,也可以用磨刀石手工磨,锉刀也行(但用菜刀砍是不行的,毕竟不是木头),然后取个0.51漆包线(线也没有什么要求,小线就双线并绕)乱绕50圈,结果测量电感为150Uh左右,后来实际证明30-300圈内乱绕基本都成功的,只是转换效率有所变化。EE19磁性也可以用废旧的日光灯电子变压器里面的磁性,重要的是磨点缝隙出来,以免磁饱和导致功率提升不上来。

电感的确非常重要,但LM2576,另外一个重要环节是模块输入端必须接必须接上100UF以上的 电解电容,否则带载能力弱,而我在整个制作过程中由于比较心急,将输入电容正极搭到正电源上,而负极居然搭错了地方,搭到LM2576的第二脚上面去了,而不是接地。这样输入电容失效也是负载能力弱的另外一个原因。

实测,黄白,黄绿,蓝绿,绿色磁环工作在较大功率时候均发强热,但EE19中间磨掉一些,制作一个气缝隙后不容易磁饱和,这样几乎发热量十分低,实验时候值得参考。工字型电感也不容易发强热,但漏感叫大。



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s70008
LV.5
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2011-10-09 13:12

另外提供一个简单测试LM2567芯片是否损坏的方法,尤其适合在乱搭后不工作时候测试好坏。

一;取下芯片,字符面对正自己,数字万用表,黑表笔接第一脚,红表笔按顺序从第5脚测到第二脚,应为无穷、无穷、548、530

二:红表笔接第一脚,黑表笔按顺序从第5脚测到第二脚,应为1458、无穷大、1235、1764(注意有些数字表测试不出1V以上的压降,这样上面的1458,1235,1764会显示无穷大)

以上测试模块管脚压降会有少许偏差,属于正常。


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s70008
LV.5
3
2011-12-18 08:42
@s70008
另外提供一个简单测试LM2567芯片是否损坏的方法,尤其适合在乱搭后不工作时候测试好坏。一;取下芯片,字符面对正自己,数字万用表,黑表笔接第一脚,红表笔按顺序从第5脚测到第二脚,应为无穷、无穷、548、530二:红表笔接第一脚,黑表笔按顺序从第5脚测到第二脚,应为1458、无穷大、1235、1764(注意有些数字表测试不出1V以上的压降,这样上面的1458,1235,1764会显示无穷大)以上测试模块管脚压降会有少许偏差,属于正常。

实测黄白、蓝绿、绿色磁环,以及铁氧体黑色磁环都没有下面这个铁硅铝磁环好。

美磁的KOOL MU(铁硅铝)磁粉芯为分布式气隙磁芯,由铁基合金粉末制成,在高频下具低损耗特性。几近为零的磁致伸缩系数使得KOOL MU磁粉芯成为消除滤波电感器中高频噪声的最佳选择。在高频应用中,铁粉芯产生的磁芯损耗是造成不良温升的主要原因,而KOOL MU磁粉芯的损耗很低,高频使用时性能优越,温升相对也很低。相对于铁粉芯,KOOL MU磁粉芯尺寸更为小巧,效率也更高。


 

77050-a7(外径12.7毫米)  77930-a7(外径23毫米) 铁硅铝磁环


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s70008
LV.5
4
2011-12-18 08:52
@s70008
实测黄白、蓝绿、绿色磁环,以及铁氧体黑色磁环都没有下面这个铁硅铝磁环好。美磁的KOOLMU(铁硅铝)磁粉芯为分布式气隙磁芯,由铁基合金粉末制成,在高频下具低损耗特性。几近为零的磁致伸缩系数使得KOOLMU磁粉芯成为消除滤波电感器中高频噪声的最佳选择。在高频应用中,铁粉芯产生的磁芯损耗是造成不良温升的主要原因,而KOOLMU磁粉芯的损耗很低,高频使用时性能优越,温升相对也很低。相对于铁粉芯,KOOLMU磁粉芯尺寸更为小巧,效率也更高。[图片] 77050-a7(外径12.7毫米) 77930-a7(外径23毫米)铁硅铝磁环

尺寸规格13*8*5,导磁率125

铁硅铝磁环(Sendust Cores) 特点:比铁粉芯损耗更低;
良好的DC偏流特性;成本处于铁粉芯和铁镍钼之间。 材质导
磁率(μ)分别有:26、60、75、90、125 铁硅铝的标准色为黑
色; 铁硅铝磁环的规格标识依不同...铁硅铝磁粉芯适用于各种滤波电路及谐振回路的电感磁芯、扼流圈及小功率变压器磁芯。具体产品是用于计算机开关电源滤波电感器、程控电话交换机开关电源滤波器、变频控制设备的谐振回路电感器。 技术创新在于选用优质铁硅铝合金粉末添加少量纳米级合金粉配成合适的料度组成及先进的粘结技术(高分子材
料包覆、钝化),模压成型,在氮气保护下进行磁性处理,使产品电磁性能达到规定的要求在工艺上使产品的一致性达到良好,保证磁体在10 kHZ?100kHZ频率电磁性能稳定,交直流叠加性能和磁芯损

耗均达到国外先进水平。 主要技术性能指标: 1、10kHZ有效磁导率
: ue=125+8%,ue=90+8%,ue=60+8%. 2、有效品质因数Qe在10kHZ时
不小于15。实际Q值达到大于等于17 3、产品表面涂层后,最小介电质
强度大于600V。实际达到大于等于600V。 4、耐高、低温(-40?80℃)
试验后,有效磁导率温度系数 ue=125不大于250ppm/℃,实际达到小于
等于250ppm/℃ ue=90不大于280ppm/℃,实际达到小于等于280ppm/℃
   ue=60不大于350ppm/℃,实际达到小于等于280ppm/℃ 5、表面质量平整、光滑

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s70008
LV.5
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2011-12-18 10:12
@s70008
尺寸规格13*8*5,导磁率125铁硅铝磁环(SendustCores)特点:比铁粉芯损耗更低;良好的DC偏流特性;成本处于铁粉芯和铁镍钼之间。材质导磁率(μ)分别有:26、60、75、90、125铁硅铝的标准色为黑色;铁硅铝磁环的规格标识依不同...铁硅铝磁粉芯适用于各种滤波电路及谐振回路的电感磁芯、扼流圈及小功率变压器磁芯。具体产品是用于计算机开关电源滤波电感器、程控电话交换机开关电源滤波器、变频控制设备的谐振回路电感器。技术创新在于选用优质铁硅铝合金粉末添加少量纳米级合金粉配成合适的料度组成及先进的粘结技术(高分子材料包覆、钝化),模压成型,在氮气保护下进行磁性处理,使产品电磁性能达到规定的要求在工艺上使产品的一致性达到良好,保证磁体在10kHZ?100kHZ频率电磁性能稳定,交直流叠加性能和磁芯损耗均达到国外先进水平。主要技术性能指标:1、10kHZ有效磁导率:ue=125+8%,ue=90+8%,ue=60+8%.2、有效品质因数Qe在10kHZ时不小于15。实际Q值达到大于等于173、产品表面涂层后,最小介电质强度大于600V。实际达到大于等于600V。4、耐高、低温(-40?80℃)试验后,有效磁导率温度系数ue=125不大于250ppm/℃,实际达到小于等于250ppm/℃ue=90不大于280ppm/℃,实际达到小于等于280ppm/℃  ue=60不大于350ppm/℃,实际达到小于等于280ppm/℃5、表面质量平整、光滑
转贴:升压电感的磁芯,我们可以有多种选择:磁粉芯、铁氧体磁芯、开了气隙的非晶/微晶合金磁芯。这几种磁芯是各有优缺点,
磁粉芯的优点是,μ值低,所以不用额外再开气隙了。气隙平均,漏磁小,电磁干扰比较低,不易饱和。缺点是,基本是环形的,绕线比较困难,不过目前市场上也出现了EE型的。另外,μ值随磁场强度的增加会下降。设计的时候需要反复迭代计算。
铁氧体磁芯的优点是损耗小,规格多,价格便宜,开了气隙后,磁导率稳定。缺点是需要开气隙,另外饱和点比较低,耐直流偏磁能力比较差。
非晶/微晶合金的优点是饱和点高,开气隙后,磁导率稳定。同样缺点是需要开气隙。另外,大都是环状的。
在此说明一下,环形铁芯虽然绕线比较困难,没有E型什么带骨架的那种容易绕。但是环形铁芯绕出来的电感分布电容小,对将来处理电磁兼容带来了很多便利之处。E型的骨架绕线一般都是绕好几层,那么层间电容比较大,对EMC产生不利影响。另外,开气隙的铁芯,在气隙处,铜损会变大。因为气隙处的漏磁在铜线上产生涡流损耗。
下面我们就选择一种环形磁粉芯来作为我们PFC电感的磁芯。我们上面已经计算出了几个参数:
输入电流最大有效值Iinrmsmax=Pin/Umin=652/85=7.67A
输入电感电流最大峰值为:ILpk=Iinrmsmax+0.5*Ihf=10.85+0.5*2.17=11.94A
升压电感最小值为Lmin=(0.25*Uout)/(Ihf*fs)=(0.25*400)/(2.17*65KHz)=709uH
下面继续计算:
线圈选择电流密度为5A/平方毫米,那么可以计算出我们需要用的漆包线的线径为:
2×SQRT(7.67/(5×3.14))=1.4毫米
因为我们这是按照最极限的输入电压也就是说按照最大的输入电流时来计算的。所以电流密度取的裕量比较大。实际按照不同的成本要求,也可以把电流密度取大一些,比如此处取电流密度为8A/平方毫米的话,那么可以得到线径为:
2×SQRT(7.67/(8×3.14))=1.1毫米
这也是可以接受的。
因为是CCM模式的工作方式,基波是低频的半正弦波,在此处我们就不考虑趋肤效应了。选用单根的漆包线就可以了。
常用的几个公式:
LI=NΔBAe
L:电感量,I:电流,N:匝数,ΔB:磁感应强度变化量,Ae:磁芯截面积
L=N×N×Al
Al:电感系数
H=0.4×3.14×N×I/Le
H:磁场强度,Le:磁路长度
计算磁芯大小的方法有几种,最常用的就是AP法,但实际上,因为磁粉芯的磁导率随磁场强度变化较大,计算经常需要迭代重复。另外,因为磁环的规格相对比较少。我们就不用AP法计算了。而是直接拿磁芯参数过来计算,几次就可以得到需要的磁芯了。经验越丰富,计算就越快了。
适合用来做PFC电感的磁粉芯主要有三类:铁镍钼(MPP)、铁镍50(高磁通)、铁硅铝(FeSiAl)。其中,铁镍钼粉芯的饱和点大概在B=0.6附近。而后两者都可以达到1以上。
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