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UC3842制作的非常规的开关电源(电源界CBD-A109)

  • 2013-02-18 22:28
  • weiwst

    LV.0
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  •                      UC3842制作的非常规的开关电源(电源界CBD-A109)

    如题目所说,UC3842制作的非常规的开关电源。也许你会说,为什么要用和大众不同的电路,我只能说我只是一个大三的学生,也不是为了工作,工作单位大二就已经签了,不是电子方面的。纯粹是为了学习。不是为了经济利益,也没有考虑制作的成本,完全是个人爱好,为了学习!制作的过程很复杂,也已经制作了很长的时间。在制作的过程中没有实时地记录和总结,一方面是因为当时太偏向于制作和调试电路,但另一方面却反映了缺乏经验!

    因为在论坛里看到了CBD】我的电源学习之路这个帖子,看到了帖子里的群友之间的相互帮助的情况,就抱着试一试的心态,加了这个qq群。果然,良好的讨论氛围给我很大的帮助。非常感谢大家的积极帮助,积极的、热心的相互帮助的精神也是会传的。

    回归正题,在制作的过程中经历了几个过程,电路的结构也改变了几次。总之,一步步地就是这样进步的。先来一个总体的概述吧。然后再较为详细地叙述制作的过程。

    第一个版本:V1.0版本(在最开始的电路中没有三极管的部分,因为把控制逻辑弄反了,在调试的时候就加上了。这个板子的编号是101301200918   UC3842电源板,协会内部的命名方法)

     

    第二个版本:V1.1版本。(这个电路只是画了原理图,没有实际制作PCB。因为电路结构变得复杂多了。)

     

    根据电源BCD群里,深圳-范工花费了很长的时间,给出了下面的电路结构,然后制作了下面的版本。

    第三个版本:V2.1版本。(编号时也烦了迷糊,没有编号V2.0,直接就变成2.1了。101301242052(UC3842开关电源V2.1)

     

    第四个版本:V2.2版本。(这个也是到目前为止最新的版本了。101302012234 (3842开关电源V2.2)

     

    今天就先写到这里吧。马上就要回宿舍睡觉了。再次感谢所有的群友。本来还想着把总结的帖子发在哪里呢?我大多都在21和我所在的协会的论坛发帖子,但是想到群友的热心帮助,心理总是有种应该帮助其他人的心理,以前也答应过群友们,要写总结性的帖子,让大家看看。今天就先到这里吧。我只是新手一个,谢谢批评与指导。

    同是电子工程师,请一定不要吝啬你的赞!

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  • st.you

    LV.1

    2013-02-20 20:00

    @weiwst

    的确如此。方案一,改好MOS驱动部分,用电流互感器取样,也是一种思路。和方案二即V1.1的类似了。

    那么方案四即V2.2的还有什么更好的思路吗?这个从理论上看也是可以的啊.

    示波器考虑过,但是还是要毕业后再考虑购买,工作后就看业余有没有时间搞了。

    电感的位置放到开关管的漏极干扰会小很多,且可以用电平转移电路来取消光耦,这样电路可以更简单些。
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  • weiwst

    LV.1

    2013-02-20 20:56

    @st.you

    电感的位置放到开关管的漏极干扰会小很多,且可以用电平转移电路来取消光耦,这样电路可以更简单些。

    为什么“电感的位置放到开关管的漏极干扰会小很多?”有什么理由吗?这个是说的V2.2的改进方法吧?如图这样吗

    电平转移电路也不太明白。 还请前辈指点。

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  • st.you

    LV.1

    2013-02-20 22:07

    @weiwst

    为什么“电感的位置放到开关管的漏极干扰会小很多?”有什么理由吗?这个是说的V2.2的改进方法吧?如图这样吗

    电平转移电路也不太明白。 还请前辈指点。

    漏极电位原本就是一个“动”点,你把它当成输出端的“地”点,当电源工作的时候,输入输出两个点之间是有高频电位变化的,干扰就这么来了。所谓电平移动电路,其实就是取样电压转换成电流,然后电流再转换成电压,就是几个三极管组成的电流源。
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  • yuleyingshi

    LV.1

    2013-02-21 09:15

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    先收藏  后面来慢慢学习

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  • IGBT2010

    LV.1

    2013-02-21 22:26

    @weiwst

    改进后的就是V1.1的版本了。见原理图:改进了电流取样电阻的位置,考虑到取样电阻的电流变化将使电压取样端的变化变得不准确且不稳定,最好用隔离的形式使输出的电压变化反馈到芯片的电压取样端,就用了光耦隔离的形式。(这个电路只是画了原理图,没有实际制作PCB。因为电路结构变得复杂多了。这个电路图从原理上应该没有大问题了,但是如果看了后面的版本的试验就知道了,用三极管和稳压二极管的驱动形式,驱动波形还是不够好的!)


    下面开始分析第三版的电路V2.1版本,编号时烦了迷糊,没有编号V2.0,直接就变成2.1了。根据群里的范工的指导、指点,才有了下面的版本。MOS管变成了NMOS管,电路结构变成了下面的形式。


    V2.1版本的实际测试中,测试了很多组。改变了很多变量,图片很多,在这里都张贴出来一定很烦人。就挑出比较有代表性的参数和图片说明问题。

     

    见上图,测试时都是没有很明确的思路,看到一个测试图片,对图中的参数的分析处理能力很差劲!当然,能力都是要慢慢锻炼出来的。

    测试阶段1:(当时的测试条件也没有记清晰,技术人员(虽说我是业余的)应该有一说一,不知就是不知。不过后面的测试就好多了。)

    6脚芯片驱动波形:

     

    MOS管的G极波形:

     

    空载时OUT端波形:

     

    从上面的测试结果可以看出,MOS管的驱动波形在芯片输出端还可以,但是到了MOS管的G极处却变差了!当然输出端空载测量纹波等参数也是不恰当的,后面的测试中已经注意到了。

    测试阶段2:测试用的示波器是向老师借来的。

    带载时,2为输出端(DC耦合),1为MOS管G极:

     

    空载时,2为输出端(AC耦合),1为MOS管G极

     

    从上面的两个图片中可以发现什么问题呢?仔细看看,虽说是用示波器同时测量的输出端波形和MOS管的G极波形,但是也不应该输出是这种波形啊!再结合V2.1版本的原理图来看。最后可以发现:因为这两个的地不是公共的地,它们之间的地是不同的,而示波器内部的两个通道是共地的!幸亏电压不是太高,否则不知将出什么问题呢。

    既然测量方法是错误的,那么这一组测量的就不能说明问题了!

    说到这里,不禁要延伸一下:关于纹波的测量,当然不能用夹子线,最好也不能用探头线(带较长的地线的)去测量纹波,以前也在制作用LM317,LM337等线性电源芯片制作电源的过程中遇到过测量方法的问题,哪种才是正确的测量纹波的方法等问题!还有PCB的布局问题,旁路电容在电路中的正确布置方法等问题!我很久以前的帖子有记录,但是在这里却注意的很少!真是不长记性!详细见21ic论坛“线性稳压电源,带载能力,纹波很大!”具体的链接就不发了,因为在21IC曾经发过被删过一次帖子(最终虽说又恢复了,但是记忆深刻),其中的利益关系就不触犯了(很复杂,也许是我多想了)。这个帖子自己搜索吧,也算是锻炼一下搜索能力!

    测试阶段3,4:1K的电阻和4148去掉,换成10欧电阻,把18V稳压二极管连在芯片的VCC电源输入端。(这样原理图的驱动部分就变成了第四版的V2.2版本的电路了。为什么原来的驱动不好,当然是有测试的图片了,原来是可以驱动,但是却有些影响。这些没有在VCC端再并联电容。此时的输入电源不能使芯片的基准很好工作。(从这些条件就可以知道原因。芯片间断工作,因为稳压管,也处于芯片的闭锁范围附近。)

    3842的基准端波形:

     

    通过增加输入端电压和在芯片的VCC端多并电容的措施,上面的问题解决了。

    测试阶段5,6,7,8:输入电压22V,使芯片供电电压基本稳定,前面并50V2200uF,后面并1000uF电容。

    测试图片:

     

    使芯片供电电压基本稳定后,负载电流1A多.负载电阻4欧。取样电阻由1.5K变成15K。输出空载时为5.99V,4欧的负载,带载后为5.83V。但是从电路参数的设置看,输出电压应该是5V才对!

    最后在群友的指导下,发现了问题的所在。原因就是光耦反馈的部分的问题,上面图片中的R*1是1K的,最后变成了V2.2版本里的反馈部分变成了100欧。输出电压就变正确了。(反馈环路还是没有设置好。)

    就算是改动后,输出波形还是不太好。这里又花费了很长的功夫,最后还是群友在群友的帮助下,找到了问题。

    测试阶段9,输入22V,空载输出4.99V,带4欧负载输出4.91V。(图片和测试阶段10的没有本质差别。)

    测试阶段10,输入22V,空载4.99V,带4欧为4.92V,带2欧为4.88V。

    测试的实际图片:(用的负载是功率电阻,每一个都是36W2欧。但是当时没有考虑到连接的导线的电阻,因为导线太细了,电流大时,其中的压降也是不小的,根据功率电阻的阻值来计算的电流值就很不准确了!)

     

    带4欧负载时,输出端波形(AC耦合):

     

    带2欧负载时输出4.88V,输出端波形(AC耦合):

     

    现在的性能还是不算太好。带载后纹波上V了。有群友说,输出的那个纹波是开关噪声,输出上的噪声和开关管的动作是同步的。输入端关系不大,关键是输出端。最后在群里中山-小廖的指导下,他发现我的PCB布局也有问题!

    输出滤波电容没有起到作用。

    我的V2.1的原理图和PCB布局。UC3842开关电源V2.1:

    把下图中的输出端的电路的红色的那块挖掉,否则电流是不会通过电容的如果是你走路的话,你会绕一下经过电容还是直着走?

     

    就这样按照前辈的指导,试验后效果明显改善!继续调试也没有更多的改善,就这样也许是整体布局的问题。测试时也没有保留图片,就急着去改进原理图,也在V2.2版本的时候格外注意PCB的布局!协会在外面请的老师,他是在郑州的电源工程师黄利平老师。

    2013年1月30日,今天下午黄老师来协会。给我和一个11级的同学解决最近的制作开关电源的问题。老师说到了,电路的布局很重要,电容在电路中的位置,也讲到了四角的电容。以及电源的环路尽量要小。

    我们现在所采用的电源的结构,以及可以采用什么其他的电路结构。将要遇到什么问题,关键点在哪里等问题。也从学弟的电路不能很好的工作,分析电路的问题。MOS管的驱动部分,哪些元件设计没有必要,哪些不太合理等。从他采用的TL494的驱动电路说到了全桥驱动,脉冲变压器驱动以及磁芯的选取等。

    还说了平时常用的另一种电路BUCK结构的

     

     用脉冲变压器驱动NMOS管,或者用其他的驱动MOS管的形式。

    总之,先重新布局,看看性能如何,然后再试验这种形式。

    太好了,学习一下!!!
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  • weiwst

    LV.1

    2013-02-22 20:12

    @st.you

    解决开关管的驱动(加反相器,电容隔离驱动或者用N沟道MOS,自举驱动)和开关管电流的取样(用电流互感器取样)问题,方案1就是一个不错的方案了。

    拥有一台自己的示波器吧,哪怕是二手三手的都行,起码可以随时使用,方便测量分析。

    几天没有回复了,我看到了,但是没有什么内容好回复。这几天,忙于搜资料,看资料等等。现在基本画了一点。对于这个方案1,我做了一下改动,用的是电流互感器,从理论上分析这个既作为储能电感又作为互感器的原边。当然也存在明显的问题,就是匝数的问题、电感量等。这里没有实际制作,只画了原理图。还有就是电流互感器在开关电源中的应用的问题,什么磁芯自复位、强迫复位之类的问题,我也参考了这个资料。电流互感器在开关电源中的应用 

    还是直接看图吧:

     

    这几天一直各种事情,正在看Cadence.orcad.16.5中的ORCAD Capture CIS的仿真教程。也想着如果先仿真验证一下就更好了。

    这里改动了1.用抗饱和的开关三极管。2.可以使用仪表放大器代替电流互感器,但是这样也许将增加电路,用专用芯片或者用运放自己搭建。这样就用一个地了。复杂程度差不多。

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  • weiwst

    LV.1

    2013-02-22 20:59

    @st.you

    漏极电位原本就是一个“动”点,你把它当成输出端的“地”点,当电源工作的时候,输入输出两个点之间是有高频电位变化的,干扰就这么来了。所谓电平移动电路,其实就是取样电压转换成电流,然后电流再转换成电压,就是几个三极管组成的电流源。
    这个高频电位变化因素引起的干扰,从形象上理解了,当然还需要验证。下面的电平移动电路或者电平转移电路,一个意思吧?还是见识没有这么多,在这么大的网络中也太难寻找了,没有多少内容还好,这么多也翻不过来。。嘿嘿,我的水平。。。有点小丢人。
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  • lixz

    LV.1

    2013-02-22 22:51

    @weiwst

    这个高频电位变化因素引起的干扰,从形象上理解了,当然还需要验证。下面的电平移动电路或者电平转移电路,一个意思吧?还是见识没有这么多,在这么大的网络中也太难寻找了,没有多少内容还好,这么多也翻不过来。。嘿嘿,我的水平。。。有点小丢人。

    因為不共地,相對于輸出地,輸入地是一個信號源.這很容易造成串擾,通過各種實際因素.

    電平移位電路,對信號進行+或者-的直流疊加.

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    2013-02-23 08:39

    @lixz

    因為不共地,相對于輸出地,輸入地是一個信號源.這很容易造成串擾,通過各種實際因素.

    電平移位電路,對信號進行+或者-的直流疊加.

    谢谢,这样一说,那种不共地的结构还是不太好的。電平移位電路这个知道,不过看上面的前辈说的,不是这个意思,也已经说了“所谓电平移动电路,其实就是取样电压转换成电流,然后电流再转换成电压,就是几个三极管组成的电流源。”我只是不知道是什么样的,没有见过具体的电路实例或者结构。
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  • lixz

    LV.1

    2013-02-23 10:16

    @weiwst

    谢谢,这样一说,那种不共地的结构还是不太好的。電平移位電路这个知道,不过看上面的前辈说的,不是这个意思,也已经说了“所谓电平移动电路,其实就是取样电压转换成电流,然后电流再转换成电压,就是几个三极管组成的电流源。”我只是不知道是什么样的,没有见过具体的电路实例或者结构。
    電平移位有很多方法,"取样电压转换成电流,然后电流再转换成电压",這是其中一種,并且簡單~
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