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[电源]DIY 30V/10A大功率可调开关电源V2.0 完结 [复制链接]

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离线hbozyq
 

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— 本帖被 發騷友 设置为精华,作者+3000M币+5专家(2018-06-14) —
在开始前先说一下什么是开关电源:
开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源,开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。随着电力电子技术的发展和创新,使得开关电源技术也在不断地创新。目前,开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备,是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。
看不懂?
人话:
调整管工作在开关状态的就叫开关电源
同理 调整管工作在线性放大状态的就叫线性电源
开关电源的优势在于轻量化 高效率 体积小 缺点在于纹波较高 以及会产生一定的高频干扰
线性电源的优势在于低波纹 结构较简单 缺点在于笨重 低效率 最明显的就是那一大陀散热器以及惊人的发热量

接下来介绍一下开关电源中比较简单的一种拓扑---BUCK 也是今天做的东西的拓扑
优点是只需要一个电感 不需要进行复杂的变压器技术 缺点是非隔离 不过这在这里并不算缺点就是了

Buck电路,又称降压电路,其基本特征是DC-DC转换电路,输出电压低于输入电压。输入电流为脉动的,输出电流为连续的。
当开关管Q1驱动为高电平时,开关管导通,储能电感L1被充磁,流经电感的电流线性增加,同时给电容C1充电,给负载R1提供能量。
当开关管Q1驱动为低电平时,开关管关断,储能电感L1通过续流二极管放电,电感电流线性减少,输出电压靠输出滤波电容C1放电以及减小的电感电流维持
听不懂?
人话:开关管斩波 降低平均值 电容电感二极管滤波得到平滑的电压


基础介绍到这里 下面展示一下制作过程
电路基本参考摩托罗拉的datasheet的标准电路 不过开关管改为Nmos以及改了一些地方


高边mos自举:Nmos打开的必要条件是GS之间加正向电压
但是在buck电路中 S极是接到负载的正端的 也就是说mos在高电位,‘地’是浮动的
因此需要一个比输入电压更高的电压或者浮动的电源去驱动mos
具体电路分析可以搜索‘电容自举电路’ 白菜白光上也有自举电路
电路仿真 注意示波器接法 在mosGS上得到一个和输入pwm波形反相的浮动驱动电压



负压发生
这部分是为了生成一个负压 驱动一个三极管实现输出端恒流负载 提高低压段稳定性
电路原理上和自举很相似 也是通过电容实现负压
电路设计没问题 只是5脚锯齿波信号不足以驱动电路 作废



电压反馈


输出电压电阻分压送入运放正相端 与参考电压进行比较 参考电压由494产生5v,电位器分压产生0-5v基准送入反相端实现电压可调
电流反馈是难理解点
设输出端负极为0电位,采样电阻与负载串联 因此另一端就产生负电位 和基准电压分压后产生0v参考电压送入运放 原理如图


494内部两个运放的输出端通过二极管接到pwm比较器上


因此运放是高电平输出
两个运放中有一个输出高电平pwm脉宽就降低 控制输出电压降低
实际使用中需要在运放反相段和3脚之间接RC网络组成比例积分器来防止产生震荡
参考资料


PCB正反面





制版不多说了 干的多了 你们也看得多了 这里只秀一下AC娘








焊接好的实物 大部分不重要的元件都用了贴片 实在是懒得打孔
开关管用NEC2SK4145 60V84A 10毫欧的内阻 降低导通损耗 实际上这玩意根本不热 散热片都不用加
整流管用mbr10100 两只100V10A并联 余量翻了四倍 绰绰有余 这个是主要发热源
电感是电磁炉拆机 拆线拆到100uh 也没啥发热
pwm控制器是非常非常老的tl494 电压控制型 内置基准和双运放 极大的节约了设计成本 频率设在适中的60khz
新出的pwm控制器很多都是电流控制型 两个控制环一个电流一个电压 没基准 运放只引出一端 复杂一点功能都要外接元件实现
辅助电源7812 不合适 下一版要改
分立原件搭的mos自举电路 专业的自举驱动ir2117一块多一颗 咱是穷人
输入输出电容都是63v100u高频电容多个并联减少ESR 输出端6并100uf再加6颗0.1ufMLCC电容 抑制高频分量
有人可能会问你看别人做的电源输出十个大水潭几千上万微法电容恨不得专门做块板子放电容你怎么只用区区60.6uf电容?
这就是开关电源的好处了 高频输出用很小的电容就能滤除大部分波纹
而且过大的电容还容易损坏负载 大电容在保护动作发生之后储存的能量也足以损坏后级负载






494 5脚 漂亮的锯齿波






接下来是实物测试
输入32v
输出0v起调 实现完美恒流的基础


最高输出30v



空载波纹主要波纹压在5mv以内

电子负载测试 24v1.57a 效率91.99% 挺高吧


输出纹波 主要波纹不超过20mv 尖峰50mv左右


12v3a测试 效率86.53%


波纹比之前略大 但是也不超过50mv



5v3a测试 效率72.11% 输出电压越低效率越低
无源整流管改成mos同步整流效率会提高很多 下一版再测试



波纹还是很小




再测一下12v不同电流的开关管g极波形
空载


不同电流






方波很好看 没有振铃没有变形 驱动电路达到要求

电流取样电阻的波形 有尖峰 需要加RC滤波 忘记加了



恒流测试 先接一只3.3欧水泥电阻当负载
恒压设置12.7v




接入电阻 电压自动降低 恒流0.57a




动一下电位器 电流上升至1.03a 电压也随之上升




再调 2.03a 电压上升到7.2v




去掉水泥电阻 直接短路输出 电流还是2a 电压减到0.2v




短路电流调到6a 毫无压力 开关管完全不热 要是线性电源现在散热器已经能烧开水了
检流电阻只焊了两个0.1欧就不难为它了 焊满3个完全可以上10a电流




再断开输出 电压回到12v 大家就当无事发生


恒流状态纹波也很小 没有自激震荡


最后是资料下载:

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area M币 +1 優秀文章 06-18
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williamgarci 专家 +1 原創內容,效率不错的可调电源板,感谢楼主无私分享。 06-16
williamgarci M币 +13 原創內容,效率不错的可调电源板,感谢楼主无私分享。 06-16
吴鹏930 M币 +3 優秀文章 06-16
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离线暴怒小鑫

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只看该作者 1楼 发表于: 06-07
申精吧,理论大神

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只看该作者 2楼 发表于: 06-07
看这示波器好高档,楼主是个专业人士
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只看该作者 3楼 发表于: 06-07
嘿嘿,一旦494停振了,后面火烧连营
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只看该作者 4楼 发表于: 06-07
等你更新好了再来看
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板子漂亮 焊的不漂亮
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快点回来更新吧,期待这个作品
离线jqbf

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原创内容值得支持,加油
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电路图呢??????字数?
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