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[电源]巍天DIY 迟到的T12电源制作贴 [复制链接]

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自从被CNC的OLED焊台毒害后,一直在深坑跑不出来。
开始用的水果电源,焊365紫光LED焊死2颗。损失惨重。咬咬牙放弃水果,自己搭电源。
说做就做。
设计开关电源的第一步就是需要对规格进行确认,这里就以一款宽范围输入的24V3A常规隔离开关电源。确定T12的最大功率,根据具体要求来选择相应的拓扑结构,最后选择比较简单一点的反激式,基本上可以满足要求。
在决定使用反激拓扑来完成设计之后。反复翻阅资料后选择AU8527PWM IC与MOS来对初始的电路原理图进行设计。


线路图设计好后,开始根据IC的参数设计变压器
初步设想,电源工作电压设置为90-230VAC
输出为24V的3A,第一次试机就发现,因为手柄线原因,满载时线降会非常严重。实际到头子电压仅剩22V,严重破坏使用体验。
然后人为的升高输出电压。使用感受是上来了,可是空载电压长期飘高。24V-3.3的稳压芯片2954一直高压工作。这也是个隐患。
一直玩弄了3个多月时间,忽然从充电器得到灵感(线补功能)带载高压,空载低压。
可是翻完所有芯片资料,都没能找到24V的线补。

>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>我是华丽的分割线。

一次公司新产品开发中,涉及到一个6级能效的PWM IC ,功率跟随负载越重,频率越高。我暂时不懂这属于啥模式,自己取了个名字,叫动频电源吧。
我就折磨着,如果能用在焊台上,这改多好。查看IC线路。大家均为反激拓扑,线路结构并无很大出入。只需要重新调整变压器和线路部分参数数值就可以。
这里确定芯片工作频率为10-85KHz,芯片的频率可以通过外部的辅助绕组检查变压器电流来自行设定。
一般AC-DC的变换器,工作频率不宜设超过100kHz,主要是开关电源的频率过高以后,不利于系统的稳定性,更不利于EMC的通过性。如果频率太高,相应的di/dt、dv/dt都会增加,除PI 132kHz的工作频率之外,开关频率和功率的基础当中,经验选取尤为重要。当然计算的话,需要得到更多的磁芯参数,包括磁材、居里温度、频率特性等等。

设计变压器进行计算
输入input:85~265Vac
输出output:24V3A
待机开关频率Fsw:15kHz
工作开关频率Fsw:70kHz
磁芯core:EER28/28L
磁芯参数:Ae82mm2
以上均是已知参数,还需要设定一些参数,就可以进入下一步计算。
设定参数:
效率η=85%
最大占空比:Dmax=0.45
磁感应强度变化:ΔB= 0.2
有了这些参数以后,我们就可以计算得到匝数和电感量。
计算开始
输出功率Po=24V*3A=72W
输入功率Pin=Po/η=72W/0.85 =85W
输入最低电压Vin(min)=Vac(min)*sqr(2)=85Vac*1.414=120Vdc
输入最高电压Vin(max)=Vac(max)*sqr(2)=265Vac*1.414=337Vdc
输入平均电流Iav=Pin/Vin(min)=85W/120Vdc=0.65A
输入峰值电流Ipeak=4*Iav=2.3A
原边电感量Lp=Vin(min)*Dmax/(Ipeak*Fsw)=120Vdc*0.45/(2.5A*70K) =980 uH。
漏感Lleakage<5%*Lp

经过上面的计算,得到了变压器的电感量。有了它,就需要相应的匝数才能够使变压器正常的工作。
计算导通时间
Ton周期时间T=Ton Toff=1/FswTon=T*DmaxFsw,Dmax都是已知量70kHz,0.45代入上式可得Ton=6.43us
计算变压器初级匝数
Np=Vin(min)*Ton/(ΔB×Ae)=120Vdc*6.43us/(0.2 *82mm2)=47 T(这里的数是一定要取整的,而且是进位取整,我们变压器不可能只绕半圈或其它非整数圈)
计算变压器24V主输出的匝数输出电压(Vo):
24 Vdc整流管压降(Vd): 0.7
Vdc绕组压降(Vs): 0.5
Vdc原边匝伏比(K)=Vi_min/ Np=120 Vdc/47 T=2.55输出匝数(Ns)= (输出电压(Vo) 整流管压降(Vd) 绕组压降(Vs))/原边匝伏比(K)=(24Vdc 0.7Vdc 0.5Vdc)/2.55=12T(已取整)。
计算变压器辅助绕组(aux turning)
输出的匝数计算方法与24V主绕组输出一样。因为ST VIPer53DIP副边反馈需低于14.5 Vdc,故选取13 Vdc作为辅助电压。
Na=6T
到这一步,我们基本上就得出了变压器的主要参数:
原边绕组:47T
原边电感量:0.77mH
漏感<5%*0.77mH=39uH12V
输出:12T
辅助绕组:6T

下一步我们只要将绕组的线径、股数、脚位、耐压等安规方面的要求提出,就可以发给变压器厂去打样了。至于气隙的计算,以及返回验证Dmax这些都是一些教科书上的,不建议死搬硬套。
上面计算出匝数以后,可以直接确定漆包线的粗细,不需要去进行复杂的计算。线径与常规电阻一样,都是有定值的,记住几种常用的定值线径。原边电流比较小,可以直接选用φ0.25,一股;辅助绕组φ0.25,一股;主输出绕组φ0.4或0.5,三股;不用选择更粗的,否则绕制起来,漆包线的硬度会很难绕。
变压器算好后,我们根据IC的工作特性选一下重要部件。

上面我们计算出输入功率72W。所以Cin=45~90 uF。从理论上来说,这个值选的越大,对后级就越好。从体积上考虑,我们不会无限制的去选取大容量。因为电容越大体积就越大。ESR也影响着电源的参数。此处选值22uF/400Vdc85℃或105℃的电容2个,达到低成本最高性能的数值。
输出电流是3A,因为也考虑了ESR值。选用了35V的680UF电容3个作为主电容。此处电容需要适应高频低阻的特性,这个值也可以选值变大,但前提必须是在反馈环内。
因为OLED为单片机控制产品,纹波控制也要非常好,试过了磁棒方式无磁环效果好,选用了铁硅铝做输出的LC过滤纹波,用个小电容47UF和高频电容100NF 吸收余波。
制作过程,因为时间长久原因,已经丢失,线路图并无太大差异,也没重新画了。
今天重新拿了一个电源拍下成品的波形,拍照技术差,大家将就着看。
空载时,仅为1W内,非常的省电,长期待机也不会怕消耗掉过多的电。



空载波形,空载频率仅为11K

3.5A时功率,效率为百分之86.

3.5A时的波形,频率为65K


因为焊台特性不一样,很多时候需要非常变态的电源功率来提供瞬时电流。
所以设计了个瞬间变态功率设计,已供给焊台需要的瞬间爆发功能。



但一般焊台使用过程和长期满载功率并不多。因为体积局限。在散热器那缩了水。做好的电源只能长期3A工作2小时左右。
或者2A长期工作。但对比和2.65A的苹果电源来说已经完全超越。正常使用已经完全足够了,除非有人无聊一直把T12头子插到水杯里烧水了。
当然,这功能也有他的缺陷,如何焊台主控MOS电流不能过到大电流,或者没设计有头子短路功能的焊台主控,可能发生烧主控MOS的情况发生。
解决方法为把电源的D3拆除,这样,头子短路,电源就会进入打嗝状态,而不是爆发式的提供电流。
见下图:

读书少,文采不好,只能写成这样了。最后谢谢电子创意发源地385401843群里的十三和小跃指导教我用AD画线路图。
文章可能存在不少错误谢谢各位指正。发个帖真辛苦18.00写到了晚上21.00,M币别让我失望呀

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dalles M币 +30 老板太厉害了 01-13
wayuso M币 +1 你是不是搞设计的 01-12
枫林雪影 专家 +1 望着手上孤独的t12电源,果断拍砖,万一你一高兴就送我块控制板呢 01-10
枫林雪影 M币 +20 望着手上孤独的t12电源,果断拍砖,万一你一高兴就送我块控制板呢 01-10
heyihang M币 +8 優秀文章 01-10
tianwu_feng M币 +8 你这入坑出不来,还想拉我进坑,我就看看死活不进! 01-10
大头文 M币 +8 天天你个奸商不是机械佬吗? 01-10
xpmasterjp M币 +20 猪蹄来过 猪蹄撤了 01-10
南湘小隐 M币 +13 謝謝分享 01-10
ezj2008 M币 +30 瓶子老板加油 01-10

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这就完了?还是赶上直播了?

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weitan M币 +1 文采不好,只能写些参数和流水了,我也想成发帖达人呀 01-09
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weitan M币 +1 谢谢 01-09
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虽然看不懂,但还是很能理解用心良苦,毕竟发帖很费时间与精力,赞瓶子一个
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幼儿园没毕业,但是强势围观!
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weitan M币 +1 谢谢 01-09
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Re:【巍天DIY】迟到的T12电源制作贴
写的这么详细,可以加精了
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Re:【巍天DIY】迟到的T12电源制作贴

从电路原理分析到改造完毕,整个过程清晰明了,图文并茂。
对楼主的敬仰 犹如黄河之水。。。
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