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【原创】20--375V超宽输入范围反激式电源 陆续上传资料,14楼更新

    【PCB版本已经回来,将输入下限做到20VDC,详细资料慢慢上传,14楼更新】

    自从“原创”启动,各路隐居已久的高人陆续现身了,作为初学者,实在拿不出像样的,最近段时间,在做一个号称超宽输入范围的电源,算是略有体会吧,这里拿出来和大家分享一下,希望对大家有用。

    超宽输入范围有多宽,目前帮人做到的,输入电压低至28V,高至265V或者DC375V,当然,从测试结果看,范围应该是可以更宽的;输出为5V/1A,输出纹波暂定为小于100mVpp吧。

    先把实验的几个图发上来。

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2014-05-05 22:40
发现大婶,顶顶更健康。
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2014-05-06 00:23
板子也太丑,建议拿出真实水平
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2014-05-06 08:27
没有什么实质的内容
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2014-05-06 08:47
@chenshengyi881
板子也太丑,建议拿出真实水平
打板快回来了,这只是个试验品
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2014-05-06 08:47
@化二为一
没有什么实质的内容
稍后奉上
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2014-05-06 08:55

    这两个实物样品都是在以前别的板子上搭接的,仅用来验证可行性,看起来可能不太舒服,但不影响整个分析计算过程,稍后打板回来了,上个美观的图片。

    之前发个帖子谈过这个电源的设计,但由于实验考虑不周,打回来的板子在输出纹波和温度上都无法满足要求,因此夭折了,这次的电路,在上图几个板子上严格验证过,可以放心写出来了。

    基本的思路是:单端反激,电流控制模式,断续模式。

    用单端反激这是不难想象的,反激是最容易实现宽范围输入的;采用电流控制模式,可以说在这里有利有弊,后面会提到这个问题;断续模式和连续模式的问题,之前讨论过,后面会继续补充。

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2014-05-06 09:19
@rj44444
  这两个实物样品都是在以前别的板子上搭接的,仅用来验证可行性,看起来可能不太舒服,但不影响整个分析计算过程,稍后打板回来了,上个美观的图片。  之前发个帖子谈过这个电源的设计,但由于实验考虑不周,打回来的板子在输出纹波和温度上都无法满足要求,因此夭折了,这次的电路,在上图几个板子上严格验证过,可以放心写出来了。  基本的思路是:单端反激,电流控制模式,断续模式。  用单端反激这是不难想象的,反激是最容易实现宽范围输入的;采用电流控制模式,可以说在这里有利有弊,后面会提到这个问题;断续模式和连续模式的问题,之前讨论过,后面会继续补充。

    首先发一个PI公司TNY系列设计超宽范围输入电源的资料。

    超宽电源输入18-265v(英文).pdf

    TNY系列做超宽输入范围,从控制方法上来说是不错的,TNY系列采用了简单的ON/OFF模式,变频控制,对于超宽输入范围,不会像定频PWM一样进入混乱的脉冲丢失现象。

    但问题同样很严重,首先是内置功率管严格限制了输出功率,阻碍了效率的提高。低压输入下,初级侧峰值电流和有效值电流都较大,内置功率管动辄几欧到十几欧的Rdson,开关管导通损耗相当严重,同时,管压降也使得实际加在初级电感上的电压大大降低,原本就低的输入电压变得捉襟见肘。例如在85--265V下能够输出十多W的TNY280,用在30VDC下,输出功率不足5W!

    另一个问题就是纹波和音频噪声问题,这两个问题源于变频控制。非固定的开关频率导致纹波是畸形的,这点论坛的zhenxiang也提到过,同时,轻载下的突发模式对变压器的工艺提出较高的要求,防止音频噪声也需要下一点功夫。

    上个图,这个电路实际搭了下,最终放弃了,不过启动电路可以参考一下。

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2014-05-06 11:05
@rj44444
  首先发一个PI公司TNY系列设计超宽范围输入电源的资料。   超宽电源输入18-265v(英文).pdf  TNY系列做超宽输入范围,从控制方法上来说是不错的,TNY系列采用了简单的ON/OFF模式,变频控制,对于超宽输入范围,不会像定频PWM一样进入混乱的脉冲丢失现象。  但问题同样很严重,首先是内置功率管严格限制了输出功率,阻碍了效率的提高。低压输入下,初级侧峰值电流和有效值电流都较大,内置功率管动辄几欧到十几欧的Rdson,开关管导通损耗相当严重,同时,管压降也使得实际加在初级电感上的电压大大降低,原本就低的输入电压变得捉襟见肘。例如在85--265V下能够输出十多W的TNY280,用在30VDC下,输出功率不足5W!  另一个问题就是纹波和音频噪声问题,这两个问题源于变频控制。非固定的开关频率导致纹波是畸形的,这点论坛的zhenxiang也提到过,同时,轻载下的突发模式对变压器的工艺提出较高的要求,防止音频噪声也需要下一点功夫。  上个图,这个电路实际搭了下,最终放弃了,不过启动电路可以参考一下。[图片]
宽的电压输入范围,是不是对变压器的要求高啊!!
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2014-05-06 11:17
@化二为一
宽的电压输入范围,是不是对变压器的要求高啊!!
其实主要是一个折中的问题,采用适当的频率,得到可以接受的导通时间,同时通过严格的计算,保证器件工作在预期的状态,最后就是选用合适的器件,尽量提高效率。
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zhenxiang
LV.10
11
2014-05-06 16:58
@rj44444
其实主要是一个折中的问题,采用适当的频率,得到可以接受的导通时间,同时通过严格的计算,保证器件工作在预期的状态,最后就是选用合适的器件,尽量提高效率。
就这几天我刚做了一个最低36DC输入最高到375DC的,一样采用的TNY268PN,输出5.5W 。实际调试在输入在33V以下时带满负载有响声到36V就正常了。低于30V时关断输出。然后全范围5V输出纹波峰峰值小于20MV因为是变频控制没法测到稳定的波形,π型滤波前面电容470uF 后面电容220uF 电感8uH. 空载全范围没响声。关键点1变压器磁通密度的设计 2反馈补偿设计 3芯片峰值电流限制点的设计
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2014-05-06 18:00
@zhenxiang
就这几天我刚做了一个最低36DC输入最高到375DC的,一样采用的TNY268PN,输出5.5W。实际调试在输入在33V以下时带满负载有响声到36V就正常了。低于30V时关断输出。然后全范围5V输出纹波峰峰值小于20MV因为是变频控制没法测到稳定的波形,π型滤波前面电容470uF后面电容220uF电感8uH.空载全范围没响声。关键点1变压器磁通密度的设计2反馈补偿设计3芯片峰值电流限制点的设计
真版做得比较深入,今天我基本实验成功了,迟些把图片放上来,输入可以低至20V,实际上,除掉整流桥,大概只有18V了,输出5V/1A,纹波低于50mVpp。
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zoufeihu
LV.5
13
2014-05-06 21:17
@rj44444
  首先发一个PI公司TNY系列设计超宽范围输入电源的资料。   超宽电源输入18-265v(英文).pdf  TNY系列做超宽输入范围,从控制方法上来说是不错的,TNY系列采用了简单的ON/OFF模式,变频控制,对于超宽输入范围,不会像定频PWM一样进入混乱的脉冲丢失现象。  但问题同样很严重,首先是内置功率管严格限制了输出功率,阻碍了效率的提高。低压输入下,初级侧峰值电流和有效值电流都较大,内置功率管动辄几欧到十几欧的Rdson,开关管导通损耗相当严重,同时,管压降也使得实际加在初级电感上的电压大大降低,原本就低的输入电压变得捉襟见肘。例如在85--265V下能够输出十多W的TNY280,用在30VDC下,输出功率不足5W!  另一个问题就是纹波和音频噪声问题,这两个问题源于变频控制。非固定的开关频率导致纹波是畸形的,这点论坛的zhenxiang也提到过,同时,轻载下的突发模式对变压器的工艺提出较高的要求,防止音频噪声也需要下一点功夫。  上个图,这个电路实际搭了下,最终放弃了,不过启动电路可以参考一下。[图片]
是充电器吗,能贴个原理图最好了
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2014-05-07 09:32
@rj44444
  首先发一个PI公司TNY系列设计超宽范围输入电源的资料。   超宽电源输入18-265v(英文).pdf  TNY系列做超宽输入范围,从控制方法上来说是不错的,TNY系列采用了简单的ON/OFF模式,变频控制,对于超宽输入范围,不会像定频PWM一样进入混乱的脉冲丢失现象。  但问题同样很严重,首先是内置功率管严格限制了输出功率,阻碍了效率的提高。低压输入下,初级侧峰值电流和有效值电流都较大,内置功率管动辄几欧到十几欧的Rdson,开关管导通损耗相当严重,同时,管压降也使得实际加在初级电感上的电压大大降低,原本就低的输入电压变得捉襟见肘。例如在85--265V下能够输出十多W的TNY280,用在30VDC下,输出功率不足5W!  另一个问题就是纹波和音频噪声问题,这两个问题源于变频控制。非固定的开关频率导致纹波是畸形的,这点论坛的zhenxiang也提到过,同时,轻载下的突发模式对变压器的工艺提出较高的要求,防止音频噪声也需要下一点功夫。  上个图,这个电路实际搭了下,最终放弃了,不过启动电路可以参考一下。[图片]

    前面有网友说飞线乱搭的太丑了,这里先把PCB打样出来的实物图放上来,希望对得起观众。

    图非常清晰了,连IC和阻值都看得出来,大家都能看见,IC就是万能的UC3843,所以如果要我放一张原理图上来,大可不必了,这里告诉大家,开关频率设定在40KHz,单独用了一个1N60的MOS管做成电流源启动,启动后关闭。至于其余部分的电路,和常规3843的配置没有区别。

    首先看一下DC20V下的测试波形。

    第一个是MOS管漏极电压,满载和最低输入下,依然保持在DCM,第二个图是输出纹波,直接用地线夹测的,50mVpp以内,频率是开关频率的纹波,估计电容用好点的,还能进一步降低吧。

    20VDC下,对开关管是个考验,这个5W的电源,可能要用到10A的MOSFET,得以保持较低的导通损耗,好在,3843的驱动能力还可以。输入整流桥的压力也很大,相应的电流,后续会连同变压器的设计一起给出计算方法。

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------华丽的分割线

    接下来上一下265VAC下的测试波形。

    首先看一下满载下的栅极电压。

    Ton不足1uS了,但是占空比依然是稳定的。

    再看输出纹波。

    依然保持在50mVpp内,定频PWM的控制方式,纹波总是比较规则好看的。

----------------------------------------------------------------------------------------------------------华丽的分割线

    再看下265V,半载的情况。

    Ton不足500nS了,但是依然没有发生脉冲丢失。

 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------华丽的分割线

    让情况更极端一些,100mA负载,即1/10负载。

    MOS管还没完全开启就关断了!驱动依然没有发生脉冲丢失!

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zhenxiang
LV.10
15
2014-05-07 10:55
@rj44444
  前面有网友说飞线乱搭的太丑了,这里先把PCB打样出来的实物图放上来,希望对得起观众。[图片][图片]  图非常清晰了,连IC和阻值都看得出来,大家都能看见,IC就是万能的UC3843,所以如果要我放一张原理图上来,大可不必了,这里告诉大家,开关频率设定在40KHz,单独用了一个1N60的MOS管做成电流源启动,启动后关闭。至于其余部分的电路,和常规3843的配置没有区别。  首先看一下DC20V下的测试波形。[图片][图片]  第一个是MOS管漏极电压,满载和最低输入下,依然保持在DCM,第二个图是输出纹波,直接用地线夹测的,50mVpp以内,频率是开关频率的纹波,估计电容用好点的,还能进一步降低吧。  20VDC下,对开关管是个考验,这个5W的电源,可能要用到10A的MOSFET,得以保持较低的导通损耗,好在,3843的驱动能力还可以。输入整流桥的压力也很大,相应的电流,后续会连同变压器的设计一起给出计算方法。------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------华丽的分割线  接下来上一下265VAC下的测试波形。  首先看一下满载下的栅极电压。[图片][图片]  Ton不足1uS了,但是占空比依然是稳定的。  再看输出纹波。[图片]  依然保持在50mVpp内,定频PWM的控制方式,纹波总是比较规则好看的。----------------------------------------------------------------------------------------------------------华丽的分割线  再看下265V,半载的情况。[图片][图片]   Ton不足500nS了,但是依然没有发生脉冲丢失。 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------华丽的分割线  让情况更极端一些,100mA负载,即1/10负载。[图片][图片]  MOS管还没完全开启就关断了!驱动依然没有发生脉冲丢失!
看到了搞得不错啊。看出来了这个要把频率做低。高输入时候才能保证不丢波。
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2014-05-07 11:08
@zhenxiang
看到了搞得不错啊。看出来了这个要把频率做低。高输入时候才能保证不丢波。
确实是的,40KHz,1/10负载下的波形算是极致了,Ton再小,肯定要丢脉冲了
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zhenxiang
LV.10
17
2014-05-07 14:13
@rj44444
确实是的,40KHz,1/10负载下的波形算是极致了,Ton再小,肯定要丢脉冲了
是否可以这样在一段低电压输入时采用一较高的震荡频率,输入电压升高后用一个低点的震荡频率。即调频也调占空比。
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2014-05-07 14:20
@zhenxiang
是否可以这样在一段低电压输入时采用一较高的震荡频率,输入电压升高后用一个低点的震荡频率。即调频也调占空比。

AN1327-D.PDF

确实有这样做的,不过我还没有想到这样做有什么很大的优势

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2014-05-07 17:55
给楼主点赞~~~期待更多无私分享哦~
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2014-05-07 20:01
@电源网-源源
给楼主点赞~~~期待更多无私分享哦~
还是师姐好啊,看帖必回
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2014-05-08 12:14
@rj44444
  前面有网友说飞线乱搭的太丑了,这里先把PCB打样出来的实物图放上来,希望对得起观众。[图片][图片]  图非常清晰了,连IC和阻值都看得出来,大家都能看见,IC就是万能的UC3843,所以如果要我放一张原理图上来,大可不必了,这里告诉大家,开关频率设定在40KHz,单独用了一个1N60的MOS管做成电流源启动,启动后关闭。至于其余部分的电路,和常规3843的配置没有区别。  首先看一下DC20V下的测试波形。[图片][图片]  第一个是MOS管漏极电压,满载和最低输入下,依然保持在DCM,第二个图是输出纹波,直接用地线夹测的,50mVpp以内,频率是开关频率的纹波,估计电容用好点的,还能进一步降低吧。  20VDC下,对开关管是个考验,这个5W的电源,可能要用到10A的MOSFET,得以保持较低的导通损耗,好在,3843的驱动能力还可以。输入整流桥的压力也很大,相应的电流,后续会连同变压器的设计一起给出计算方法。------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------华丽的分割线  接下来上一下265VAC下的测试波形。  首先看一下满载下的栅极电压。[图片][图片]  Ton不足1uS了,但是占空比依然是稳定的。  再看输出纹波。[图片]  依然保持在50mVpp内,定频PWM的控制方式,纹波总是比较规则好看的。----------------------------------------------------------------------------------------------------------华丽的分割线  再看下265V,半载的情况。[图片][图片]   Ton不足500nS了,但是依然没有发生脉冲丢失。 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------华丽的分割线  让情况更极端一些,100mA负载,即1/10负载。[图片][图片]  MOS管还没完全开启就关断了!驱动依然没有发生脉冲丢失!
好同志
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3899
LV.3
22
2014-05-10 18:37
严重支持宽电压范围输入的DC-DC。
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Schoolchild
LV.5
23
2014-05-11 13:39
坐等电路图,学习
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先洵
LV.4
24
2014-05-17 07:51
@Schoolchild
坐等电路图,学习
支持楼主,展示很详细!
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2014-05-18 10:02
@Schoolchild
坐等电路图,学习
原理图前面说过,384x典型应用,直接贴出来可能不太方便。
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zhenxiang
LV.10
26
2014-05-18 10:26
@rj44444
AN1327-D.PDF确实有这样做的,不过我还没有想到这样做有什么很大的优势
就是这个东西之前看到过介绍,没实际玩过。
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2014-05-19 13:17
@rj44444
原理图前面说过,384x典型应用,直接贴出来可能不太方便。

资料上的启动电路值得学习.

频率的选择的确很重要.

你这个体积也很小了.

变压器是EE13?

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2014-05-19 13:48
@tanb006
资料上的启动电路值得学习.频率的选择的确很重要.你这个体积也很小了.变压器是EE13?
变压器ee16,用ee13也可以做得下
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2014-05-19 14:58
@rj44444
变压器ee16,用ee13也可以做得下

哦.那岂不是高压时候基本不能空载?

我是说有假负载的情况下.

我做了个,假负载加到100欧姆了.空载才没丢波.

但温度在低压时候比较高了,MOS抗的住,没过40度.变压器到80度了.EE13的.

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2014-05-19 15:27
@tanb006
哦.那岂不是高压时候基本不能空载?我是说有假负载的情况下.我做了个,假负载加到100欧姆了.空载才没丢波.但温度在低压时候比较高了,MOS抗的住,没过40度.变压器到80度了.EE13的.

具体到什么情况会丢波,没有测试,384x这种没有跳周期或者突发模式的控制IC,轻载丢波是非常常见的事情,只要不引起音频噪声以及纹波异常,丢波本身应该不是问题。

变压器话在低压下铜损比较严重,线径选粗点。

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2014-05-19 15:45
@rj44444
  前面有网友说飞线乱搭的太丑了,这里先把PCB打样出来的实物图放上来,希望对得起观众。[图片][图片]  图非常清晰了,连IC和阻值都看得出来,大家都能看见,IC就是万能的UC3843,所以如果要我放一张原理图上来,大可不必了,这里告诉大家,开关频率设定在40KHz,单独用了一个1N60的MOS管做成电流源启动,启动后关闭。至于其余部分的电路,和常规3843的配置没有区别。  首先看一下DC20V下的测试波形。[图片][图片]  第一个是MOS管漏极电压,满载和最低输入下,依然保持在DCM,第二个图是输出纹波,直接用地线夹测的,50mVpp以内,频率是开关频率的纹波,估计电容用好点的,还能进一步降低吧。  20VDC下,对开关管是个考验,这个5W的电源,可能要用到10A的MOSFET,得以保持较低的导通损耗,好在,3843的驱动能力还可以。输入整流桥的压力也很大,相应的电流,后续会连同变压器的设计一起给出计算方法。------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------华丽的分割线  接下来上一下265VAC下的测试波形。  首先看一下满载下的栅极电压。[图片][图片]  Ton不足1uS了,但是占空比依然是稳定的。  再看输出纹波。[图片]  依然保持在50mVpp内,定频PWM的控制方式,纹波总是比较规则好看的。----------------------------------------------------------------------------------------------------------华丽的分割线  再看下265V,半载的情况。[图片][图片]   Ton不足500nS了,但是依然没有发生脉冲丢失。 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------华丽的分割线  让情况更极端一些,100mA负载,即1/10负载。[图片][图片]  MOS管还没完全开启就关断了!驱动依然没有发生脉冲丢失!

    这里把启动电路拿出来谈一下。基本的思路是,使用一个高压MOS构成恒流源结构,启动完成后,将电流源关闭。电流源的结构对于宽范围输入时很有必要的,这可以使得电路启动时间在高低压下基本一致,而启动后关闭则大大降低了高压下的损耗。

    这个启动电路参考了ST的一个技术文档,D6的击穿电压Vz,Q2的阈值电压Vth以及R22决定了启动恒流电流的大小,这个启动电流可以表示为:

Istart=(Vz-Vth)/R22

    对于3843,启动电压9V,如果VCC端电容容量100uF,设定启动时间1s的话,则启动电流可以表示为:

Istart=(9*100)/1=900uA

    根据上述式子可以选取Vz和R22。

    启动完成后,3843的Vref端输出5V电压,Q3被拉低,启动电流源关闭。在没有Vref端的IC应用中,可以通过辅助绕组实现电流源关断。

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