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【我是工程师】一款非常简单的60W 13V原边恒流限功率充电器设计

  • 2015-03-27 17:20
  • haibin

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  • 最近在网上淘了个13V 42AH的磷酸铁锂电池组(带保护板),一时没有找到合适的充电器,特意自己做了一个,将过程分享一下,有用的上的朋友可以直接照着做。

    背景:

    1. 外壳,手头上刚好有一客户给的30WLED电源外壳,就用它了;

    2. 功率,根据这个外壳的大小,预计设计输入功率在50~60W之间,太大担心温度过高,过小充电时间过长;

    3. 为便于制作,选用PI的LNK系列IC,电路简单,稳定性好。

    技术要求:

    输入电压 220V+-20%;输入功率 50~60W,输出电压10~18V,输出电流3A~4A(限制最大功率),短路保护功率<1W,开路保护,14.2V转灯显示充满,其他按着容易制作原则从简。

    先上原理图,讲解一下设计过程,后面再上实物图和测试报告。

    QQ截图20150330232407

    同是电子工程师,请一定不要吝啬你的赞!

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  • 电源网-娜娜姐

    LV.1

    2015-03-30 09:31

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    干货!沙发~等后文!
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  • 宛东骄子

    LV.1

    2015-03-30 12:59

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    充电器用PSR的方案合适吗?
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  • 新月GG

    LV.1

    2015-03-30 18:23

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    支持一下。
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  • btma

    LV.1

    2015-03-30 21:08

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    这个设计不错!是否能有效恒流,期待结果。
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  • haibin

    LV.1

    2015-03-30 22:53

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    先讲一下设计过程,最初的设计是根据LNK  IC的设计指导书来做的,做的是原边PSR恒流,高PF值的版本,基于参考设计的电路做了一点修改,主要是加了DZ1和R7,希望做到恒功率,在输出电压上升的时候,给IC的V脚灌一个电流进去,降低输出功率,原电路图如下:

    QQ截图20150330233325

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  • haibin

    LV.1

    2015-03-30 23:10

    @haibin

    先讲一下设计过程,最初的设计是根据LNK  IC的设计指导书来做的,做的是原边PSR恒流,高PF值的版本,基于参考设计的电路做了一点修改,主要是加了DZ1和R7,希望做到恒功率,在输出电压上升的时候,给IC的V脚灌一个电流进去,降低输出功率,原电路图如下:

    QQ截图20150330233325

    样机做出来后,发现的第一个问题,功率出不来,只能到40多瓦,将IC换大到LNK420,功率勉强能够60W,最大功率输出,感觉可靠性不高;

    第二个问题,效率不高,在220V输入,13V4A负载输出的时候,效率只有86%;

    第三个问题,空载的时候,输出电压达到20V了,虽说不是很高,但感觉不可靠,本身设计是按60W输入做的,如果输出接触不良,充电时输出电压跑到18V,而电流还有4A的话,那功率就超过设计过多了,会出现过热的问题;

    第一二个问题:将高PF功能去掉,在输入加大电解电容,C1由470nF换大到68U的电解电容,同时将D4防反流二极管短路,再上电,输出电流油4A上升到5A多,输入功率也涨到80多瓦,功率超出设计过多,重新比对PI的设计软件工具,调整参数,为可靠过流保护,将IC降低一档次,换到LNK419,再调整输出电流到4A,此时从10~14V,输出恒流范围都在4A+-10%范围,效率在13V输出时可以到89%了;

    第三个空载问题:为降低空载电压,将DZ2由15V降低到12V,此时空载电压在16点多一点,满足要求,但此时再做输出恒流效果测试,发现输出电压在13.5V以上的时候,电流开始下降,从13.5到14.5V电流由4A降到1A多,将DZ1与D7去掉,电流在输出14V才开始降,到15V时只有1A多,基本能满足要求;

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  • haibin

    LV.1

    2015-03-30 23:49

    @haibin

    样机做出来后,发现的第一个问题,功率出不来,只能到40多瓦,将IC换大到LNK420,功率勉强能够60W,最大功率输出,感觉可靠性不高;

    第二个问题,效率不高,在220V输入,13V4A负载输出的时候,效率只有86%;

    第三个问题,空载的时候,输出电压达到20V了,虽说不是很高,但感觉不可靠,本身设计是按60W输入做的,如果输出接触不良,充电时输出电压跑到18V,而电流还有4A的话,那功率就超过设计过多了,会出现过热的问题;

    第一二个问题:将高PF功能去掉,在输入加大电解电容,C1由470nF换大到68U的电解电容,同时将D4防反流二极管短路,再上电,输出电流油4A上升到5A多,输入功率也涨到80多瓦,功率超出设计过多,重新比对PI的设计软件工具,调整参数,为可靠过流保护,将IC降低一档次,换到LNK419,再调整输出电流到4A,此时从10~14V,输出恒流范围都在4A+-10%范围,效率在13V输出时可以到89%了;

    第三个空载问题:为降低空载电压,将DZ2由15V降低到12V,此时空载电压在16点多一点,满足要求,但此时再做输出恒流效果测试,发现输出电压在13.5V以上的时候,电流开始下降,从13.5到14.5V电流由4A降到1A多,将DZ1与D7去掉,电流在输出14V才开始降,到15V时只有1A多,基本能满足要求;

    这个阶段,该样机恒流范围从10V到14V这个区间,在14V时,输出电流为3.5A左右,10V是4A,基本能满足要求,效率,老化的温升等都可以接受,室温下,60W输入功率时,外壳可以用手长时间抓握,感觉温度在50度左右;

    现在只剩下一个短路保护没做了,将输出短路,一下炸鸡了,悲剧!

    重新验证参数,减少变压器漏感,再次短路测试,这时输入功率在8到10W之间跳动,我的乖乖,还是很危险,随时有炸鸡的危险,用示波器抓辅助绕组电压波形,发现还有8V以上的电压,肯定是漏感引起的辅助绕组电压上升,但再降低变压器漏感不现实,后面再绕了两个变压器,短路功率还是在8W左右,下不来;

    换个思路,从电路上着手,试着将FB脚电流降低,在输出短路的时候,FB脚采样电阻上串个稳压二极管是个不错的选择,哈哈,考虑到短路时8V的辅助绕组电压,减去BP脚2.3V的电压,剩下一个5.7V,选个5.6V的看看,串5.6V二极管,再短路,哈哈,输入功率降到0.3W了。任务初步完成!

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  • haibin

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    2015-04-01 19:07

    @haibin

    这个阶段,该样机恒流范围从10V到14V这个区间,在14V时,输出电流为3.5A左右,10V是4A,基本能满足要求,效率,老化的温升等都可以接受,室温下,60W输入功率时,外壳可以用手长时间抓握,感觉温度在50度左右;

    现在只剩下一个短路保护没做了,将输出短路,一下炸鸡了,悲剧!

    重新验证参数,减少变压器漏感,再次短路测试,这时输入功率在8到10W之间跳动,我的乖乖,还是很危险,随时有炸鸡的危险,用示波器抓辅助绕组电压波形,发现还有8V以上的电压,肯定是漏感引起的辅助绕组电压上升,但再降低变压器漏感不现实,后面再绕了两个变压器,短路功率还是在8W左右,下不来;

    换个思路,从电路上着手,试着将FB脚电流降低,在输出短路的时候,FB脚采样电阻上串个稳压二极管是个不错的选择,哈哈,考虑到短路时8V的辅助绕组电压,减去BP脚2.3V的电压,剩下一个5.7V,选个5.6V的看看,串5.6V二极管,再短路,哈哈,输入功率降到0.3W了。任务初步完成!

    上图:

    C360_2015-03-30-22-21-48-156

    C360_2015-03-30-22-23-55-661

    C360_2015-03-30-22-25-59-228

    C360_2015-03-30-22-32-27-651

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  • 电源网-fqd

    LV.1

    2015-04-02 09:44

    @haibin

    上图:

    C360_2015-03-30-22-21-48-156

    C360_2015-03-30-22-23-55-661

    C360_2015-03-30-22-25-59-228

    C360_2015-03-30-22-32-27-651

    已被收录在社区经典图库中啦!http://www.dianyuan.com/bbs/classic/

    期待后续更精彩的内容~!

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  • 电源网-娜娜姐

    LV.1

    2015-04-02 18:01

    @haibin

    上图:

    C360_2015-03-30-22-21-48-156

    C360_2015-03-30-22-23-55-661

    C360_2015-03-30-22-25-59-228

    C360_2015-03-30-22-32-27-651

    上图了哦
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