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求50~660V直流输入的开关电源设计方法

输入:直流50~660vDC

输出:28V 0.3A

开关频率:22.5Khz

用tdk的pq2620磁芯设计,材质PC44

本人新人一枚,参考了很多资料,每人的算法都不一致,都不能的到一个满意的设计。变压器绕了很多,都没有取得成功。

希望各位大侠给点主意,最好能够提供算法,谢谢!

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ta7698
LV.9
2
2015-11-11 17:16
50~660VDC?电压跨度也太大了吧?反激喽。可能要分两步做,先搞一个中间电压,再变换成28V。
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2015-11-11 19:26

之前没有做过这么大跨度的电源,提供点参考吧,不一定是最好方案。

采用反激电源做,但是不清楚变压器是否可以做到那个高的峰值电流。

1、采用反激电源的断续模式工作,忘记那些所有的公式,匝比采用1:1,感量先做100uH。

2、假设Ipk为10A,计算100uH反激变压器的电感需要多少匝数不饱和。

3、搭好电路平台,MOSFET采用900V的,输入50V,测试输出能否达到28V。

4、能达到就带负载试试,看占空比是多少,带负载时占空比是多少。

5、慢慢提高电压,看电流波形变化。

有问题的话,抖动什么的就是调节环路和MOSFET底下的电阻,变压器如果容易饱和的话就把感量磨下来,输出正常后再做优化变压器和其他参数。

这个做法的依据是:以前做一款反激电源,为了满足好奇心把欠压放到很低(24V),但是输出电压正常的,只是带载能力不行,再从能量守恒来推导相应的计算公式。

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ghsdwf
LV.6
4
2015-11-11 23:38

这么小的功率,用PQ26太浪费了,EE20就好,EE16也行,材质PC40就够了。输入电压660Vdc,Mos选用900V~1000V,反射电压取低一点70V,匝比2.5,原边绕70匝,副边28匝,感量800uH,注意把相位搞对,不是最优,应该可以工作。三明治绕,把漏感降到最低,最大占空比Dmax=70/(70+50)=0.583,最小占空比=70/(70+660)=0.095,有点小,但能工作。频率做到65KHz,22.5KHz太低了。

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sickwolf
LV.3
5
2015-11-12 17:08
@ghsdwf
这么小的功率,用PQ26太浪费了,EE20就好,EE16也行,材质PC40就够了。输入电压660Vdc,Mos选用900V~1000V,反射电压取低一点70V,匝比2.5,原边绕70匝,副边28匝,感量800uH,注意把相位搞对,不是最优,应该可以工作。三明治绕,把漏感降到最低,最大占空比Dmax=70/(70+50)=0.583,最小占空比=70/(70+660)=0.095,有点小,但能工作。频率做到65KHz,22.5KHz太低了。
暂时没考虑浪费的问题,只是手头有个PQ26的平台,方便调试罢了。按道理说用你推荐的EE20或EE16能解决,PQ2620更没有问题,对吧?
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sickwolf
LV.3
6
2015-11-12 17:24
@417zhouge
之前没有做过这么大跨度的电源,提供点参考吧,不一定是最好方案。采用反激电源做,但是不清楚变压器是否可以做到那个高的峰值电流。1、采用反激电源的断续模式工作,忘记那些所有的公式,匝比采用1:1,感量先做100uH。2、假设Ipk为10A,计算100uH反激变压器的电感需要多少匝数不饱和。3、搭好电路平台,MOSFET采用900V的,输入50V,测试输出能否达到28V。4、能达到就带负载试试,看占空比是多少,带负载时占空比是多少。5、慢慢提高电压,看电流波形变化。有问题的话,抖动什么的就是调节环路和MOSFET底下的电阻,变压器如果容易饱和的话就把感量磨下来,输出正常后再做优化变压器和其他参数。这个做法的依据是:以前做一款反激电源,为了满足好奇心把欠压放到很低(24V),但是输出电压正常的,只是带载能力不行,再从能量守恒来推导相应的计算公式。

暂时能工作起来,接150欧姆负载,mos管底下的电阻为1欧姆。

但是波形看起来不太正常(如图:变压器次级VS电流采样电阻),这是为啥?是需要调整mos管的电流采样电阻吗?麻烦您分析一下原因。

谢谢了!

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2015-11-12 18:07
@sickwolf
暂时能工作起来,接150欧姆负载,mos管底下的电阻为1欧姆。但是波形看起来不太正常(如图:变压器次级VS电流采样电阻),这是为啥?是需要调整mos管的电流采样电阻吗?麻烦您分析一下原因。谢谢了![图片]

丢了一个波而且,没事,只要变压器没有饱和,输出电压稳定了,

注意MOSFET的DS电压和二极管的峰值电压,电流,不烧半导体器件就慢慢加载慢慢调试。

等到低压高压输入的时候都能输出带载了再考虑这个丢波的问题。

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2015-11-12 18:11
@sickwolf
暂时能工作起来,接150欧姆负载,mos管底下的电阻为1欧姆。但是波形看起来不太正常(如图:变压器次级VS电流采样电阻),这是为啥?是需要调整mos管的电流采样电阻吗?麻烦您分析一下原因。谢谢了![图片]

如果50V输入能带满载,测试个MOSFET的电压电流波形出来。注意输出电压是否正常。

然后100V带满载,测试个MOSFET的电压电流波形出来。注意输出电压是否正常。

再慢慢加输入电压,加到出问题的时候再截图分析。

如果50V能带满载,高压应该也能带满载,只是丢波的这个问题会更严重。

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sickwolf
LV.3
9
2015-11-12 20:26
@417zhouge
如果50V输入能带满载,测试个MOSFET的电压电流波形出来。注意输出电压是否正常。然后100V带满载,测试个MOSFET的电压电流波形出来。注意输出电压是否正常。再慢慢加输入电压,加到出问题的时候再截图分析。如果50V能带满载,高压应该也能带满载,只是丢波的这个问题会更严重。

参考如下电路进行设计:

按照SI9120芯片手册,输出反馈应该是4V,所以计算得出正常的输出电压应该是29.1V,由D7输出电压为(29.1-0.7=28.4V)。这个设计没有加辅助绕组,设计起来与一般设计不太一样。芯片本身带启动电路,D1~Q1电路对输入高压进行限幅钳位。

变压器的参数很难确定,不同的计算方法得出不同的结果,实在是让人无所适从。

目前虽然可以工作,但是电压加到70V左右丢波严重,而且变压器啸叫非常厉害。

这个电路工作环境非常苛刻,环境温度大约到150摄氏度。

目前最大的疑惑是开关电源设计方法没有统一标准,不知道到底应该采取哪种计算方法。

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sickwolf
LV.3
10
2015-11-12 20:34
@ta7698
50~660VDC?电压跨度也太大了吧?反激喽。可能要分两步做,先搞一个中间电压,再变换成28V。
参考别人的设计,进行反推的。电路看起来很简单,但是变压器参数不好确定,电路图已经贴出来了,有空帮忙分析一下,在下对开关电源确实不是很熟悉。谢谢!
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sickwolf
LV.3
11
2015-11-12 20:36
@417zhouge
丢了一个波而且,没事,只要变压器没有饱和,输出电压稳定了,注意MOSFET的DS电压和二极管的峰值电压,电流,不烧半导体器件就慢慢加载慢慢调试。等到低压高压输入的时候都能输出带载了再考虑这个丢波的问题。
怎样确定变压器没有饱和呢?我把电压加高以后丢波很严重,而且频率都不正常了,变压器啸叫得非常厉害。
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2015-11-12 21:20
http://www.dianyuan.com/bbs/1488714.html 这个跨度,这么小的功率,其实对于反激来说,完全没有问题。
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ghsdwf
LV.6
13
2015-11-12 21:42
@sickwolf
暂时没考虑浪费的问题,只是手头有个PQ26的平台,方便调试罢了。按道理说用你推荐的EE20或EE16能解决,PQ2620更没有问题,对吧?
当然没问题,可以减少原边匝数。
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2015-11-12 21:42
@sickwolf
参考如下电路进行设计:[图片]按照SI9120芯片手册,输出反馈应该是4V,所以计算得出正常的输出电压应该是29.1V,由D7输出电压为(29.1-0.7=28.4V)。这个设计没有加辅助绕组,设计起来与一般设计不太一样。芯片本身带启动电路,D1~Q1电路对输入高压进行限幅钳位。变压器的参数很难确定,不同的计算方法得出不同的结果,实在是让人无所适从。目前虽然可以工作,但是电压加到70V左右丢波严重,而且变压器啸叫非常厉害。这个电路工作环境非常苛刻,环境温度大约到150摄氏度。目前最大的疑惑是开关电源设计方法没有统一标准,不知道到底应该采取哪种计算方法。

有2个问题,

1,FB脚那里没有加环路补偿,所以容易啸叫,如果变压器磁芯的气息没有中柱点胶的话,声音更大。

2、150℃的话,这个IC最高工作温度只有85℃。

变压器的设计与个人的工作经历有关,所以理解了变压器算法后,看别人的也就是一些经验值的参数不同,大同小异。

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ghsdwf
LV.6
15
2015-11-12 21:49
@sickwolf
参考如下电路进行设计:[图片]按照SI9120芯片手册,输出反馈应该是4V,所以计算得出正常的输出电压应该是29.1V,由D7输出电压为(29.1-0.7=28.4V)。这个设计没有加辅助绕组,设计起来与一般设计不太一样。芯片本身带启动电路,D1~Q1电路对输入高压进行限幅钳位。变压器的参数很难确定,不同的计算方法得出不同的结果,实在是让人无所适从。目前虽然可以工作,但是电压加到70V左右丢波严重,而且变压器啸叫非常厉害。这个电路工作环境非常苛刻,环境温度大约到150摄氏度。目前最大的疑惑是开关电源设计方法没有统一标准,不知道到底应该采取哪种计算方法。
环境温度150度,SI9120工作温度才-40~85度,不是超规格了吗?
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sickwolf
LV.3
16
2015-11-13 08:31
@417zhouge
有2个问题,1,FB脚那里没有加环路补偿,所以容易啸叫,如果变压器磁芯的气息没有中柱点胶的话,声音更大。2、150℃的话,这个IC最高工作温度只有85℃。变压器的设计与个人的工作经历有关,所以理解了变压器算法后,看别人的也就是一些经验值的参数不同,大同小异。

有项目用过这颗芯片,SI9120DY,可以工作到175摄氏度,能够可靠工作,很多芯片都可以超温度范围使用的。

希望大侠现身说法,讨论一下这里的变压器如何设计参数,谢谢!

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sickwolf
LV.3
17
2015-11-13 08:32
@ghsdwf
环境温度150度,SI9120工作温度才-40~85度,不是超规格了吗?
没问题的,这颗芯片能够工作到环境温度175摄氏度,我也觉得很神奇,但是的确没问题。
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sickwolf
LV.3
18
2015-11-13 08:38
@ghsdwf
当然没问题,可以减少原边匝数。
对于同一个设计标准的电路,如果用同一个磁芯,如果电路能够可靠工作起来,变压器参数是否就是唯一的呢?希望大侠参与讨论如何设计这个变压器参数,谢谢!
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sickwolf
LV.3
19
2015-11-13 08:40
@rj44444
http://www.dianyuan.com/bbs/1488714.html这个跨度,这么小的功率,其实对于反激来说,完全没有问题。
嗯,但就是不明白如何计算变压器参数啊,希望以此为例,深入讨论一下怎么设计一个可靠的开关电源。谢谢!
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sickwolf
LV.3
20
2015-11-13 08:49
@ta7698
50~660VDC?电压跨度也太大了吧?反激喽。可能要分两步做,先搞一个中间电压,再变换成28V。
那个也太麻烦了,有人做出了电路,看我贴出来的电路图。想试试自己能不能做出来,谢谢!
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2015-11-13 12:55
@sickwolf
嗯,但就是不明白如何计算变压器参数啊,希望以此为例,深入讨论一下怎么设计一个可靠的开关电源。谢谢!
14脚上加上C与RC并联,做补偿,再调节C与RC的参数,波形应该就会好。
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sickwolf
LV.3
22
2015-11-13 21:37
@417zhouge
14脚上加上C与RC并联,做补偿,再调节C与RC的参数,波形应该就会好。

谢谢了,确实加上补偿以后波形变好了,变压器的自激也消除了。

但还是希望介绍一下变压器计算的方法,电感量,线径,匝比等等,行吗?

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zhangyiping
LV.9
23
2015-11-13 22:45
@sickwolf
谢谢了,确实加上补偿以后波形变好了,变压器的自激也消除了。但还是希望介绍一下变压器计算的方法,电感量,线径,匝比等等,行吗?
我看输入电压这么宽适合反激电路,因为,占空比可以达到0,9以上,如果不是这样的话,就非常难了,我们知道,功率因素校正,从0-310伏一概升压到390伏,电压低到高吗。磁芯功率这么小可以采用PQ2020的,没有必要用到2625的。芯片可以采用3842的,我看还是容易 做到的吗。
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ghsdwf
LV.6
24
2015-11-13 23:05
@sickwolf
对于同一个设计标准的电路,如果用同一个磁芯,如果电路能够可靠工作起来,变压器参数是否就是唯一的呢?希望大侠参与讨论如何设计这个变压器参数,谢谢!
不唯一,其实反射电压70~130V都可以工作,对反激来讲,变压器的匝比还是比较宽的,如果你用PQ26,匝比2.5不变,原边只要25匝,副边10匝就能工作。
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2015-11-13 23:45
@sickwolf
谢谢了,确实加上补偿以后波形变好了,变压器的自激也消除了。但还是希望介绍一下变压器计算的方法,电感量,线径,匝比等等,行吗?
我开始说了下,忘记所有的公式,大概意思是做断续模式的变压器设计,不用太考虑其他因素。 加一句:把变压器当成电感来算。用能量守恒来做这个设计,在我看来是比较简单的。 因为你平时看到的公式里面计算占空比的那些公式基本上是要连续模式的情况下,误差比较小。 因为我没有做过这种设计,所以先打算让电路工作,然后调节变压器的效率和开关应力波形。 变压器的计算方法,等你调到一个最佳状态后,估计你要自己总结一下这个变压器的设计了。 我设计变压器只管变压器不饱和,然后调下效率、温升和EMI就好了,没有那么多的公式。
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sickwolf
LV.3
26
2015-11-16 09:15
@417zhouge
我开始说了下,忘记所有的公式,大概意思是做断续模式的变压器设计,不用太考虑其他因素。加一句:把变压器当成电感来算。用能量守恒来做这个设计,在我看来是比较简单的。因为你平时看到的公式里面计算占空比的那些公式基本上是要连续模式的情况下,误差比较小。因为我没有做过这种设计,所以先打算让电路工作,然后调节变压器的效率和开关应力波形。变压器的计算方法,等你调到一个最佳状态后,估计你要自己总结一下这个变压器的设计了。我设计变压器只管变压器不饱和,然后调下效率、温升和EMI就好了,没有那么多的公式。

从哪些方面来调整效率呢?

另外我这个变压器现在的匝数是初级42匝,次级31匝,初级电感量通过垫胶带的方法得到的电感量为1.8mH左右。输入电压为47~49V左右任然有振荡,变压器有啸叫声,但是过了这个点就好了。

满载100欧姆时纹波有些大,大约是0.5V左右,有什么方法可以改善纹波呢,输出电容已经比较大了,有300多uf。

感谢大侠指教!

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sickwolf
LV.3
27
2015-11-16 09:17
@ghsdwf
不唯一,其实反射电压70~130V都可以工作,对反激来讲,变压器的匝比还是比较宽的,如果你用PQ26,匝比2.5不变,原边只要25匝,副边10匝就能工作。
反射电压计算结果是如何得出来的呢?还有这个匝比2.5是如何计算的,望指教!希望提供计算方法和理论依据。
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sickwolf
LV.3
28
2015-11-16 09:19
@417zhouge
我开始说了下,忘记所有的公式,大概意思是做断续模式的变压器设计,不用太考虑其他因素。加一句:把变压器当成电感来算。用能量守恒来做这个设计,在我看来是比较简单的。因为你平时看到的公式里面计算占空比的那些公式基本上是要连续模式的情况下,误差比较小。因为我没有做过这种设计,所以先打算让电路工作,然后调节变压器的效率和开关应力波形。变压器的计算方法,等你调到一个最佳状态后,估计你要自己总结一下这个变压器的设计了。我设计变压器只管变压器不饱和,然后调下效率、温升和EMI就好了,没有那么多的公式。
的确就是按照芯片提供的应用手册按照断续模式DCM设计的,大侠确实是高人!
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sickwolf
LV.3
29
2015-11-16 09:22
@417zhouge
我开始说了下,忘记所有的公式,大概意思是做断续模式的变压器设计,不用太考虑其他因素。加一句:把变压器当成电感来算。用能量守恒来做这个设计,在我看来是比较简单的。因为你平时看到的公式里面计算占空比的那些公式基本上是要连续模式的情况下,误差比较小。因为我没有做过这种设计,所以先打算让电路工作,然后调节变压器的效率和开关应力波形。变压器的计算方法,等你调到一个最佳状态后,估计你要自己总结一下这个变压器的设计了。我设计变压器只管变压器不饱和,然后调下效率、温升和EMI就好了,没有那么多的公式。
温升确实得考虑,这个设计工作环境要到150度,EMI暂时不在考虑之列,对于温升的控制还望指点一二。
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2015-11-16 11:33
@sickwolf
温升确实得考虑,这个设计工作环境要到150度,EMI暂时不在考虑之列,对于温升的控制还望指点一二。

对于150的环境温度情况,首先要考虑效率,然后要把每个元器件降额。

毕竟150℃的情况下电阻电容的参数都发生变化了。

再有就是元器件的体积做大,散热的面积加大。

改善纹波的问题,加电容是给单个周期的纹波电压降低,好几个周期或者几十个周期出现的纹波是需要调整环路参数来确认的。

变压器啸叫的问题,估计把电感量再放小点吧,峰值电流再放大点,看下峰值电流是多少A,波形有没有饱和。

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sickwolf
LV.3
31
2015-11-16 16:52
@417zhouge
对于150的环境温度情况,首先要考虑效率,然后要把每个元器件降额。毕竟150℃的情况下电阻电容的参数都发生变化了。再有就是元器件的体积做大,散热的面积加大。改善纹波的问题,加电容是给单个周期的纹波电压降低,好几个周期或者几十个周期出现的纹波是需要调整环路参数来确认的。变压器啸叫的问题,估计把电感量再放小点吧,峰值电流再放大点,看下峰值电流是多少A,波形有没有饱和。
突然发现一个问题,带200欧姆负载时,工作在DCM模式,带100欧姆负载时,变成了CCM模式。这个会不会有问题呢?我是通过Rcs电阻上的波形来判断的。另外你说的变压器是否饱和,请问具体怎样来判定?
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