5V-40A开关电源笔记

ID:75926 · 发表于 2015-4-4 04:12

大约两个个星期前，我开始策划做这款电源。本打算是为系楼前风光互补显示板上用的。要求是10-15V输入。5V-40A输出。

从2012年12月开始，由于需要，我开始看开关电源的相关资料，并开始着手做开关电源。当时第一个开关电源是用在德州公司申请的一款芯片做的。当时我真是笨，连Datasheet都没看懂，就照着数据手册画了一个PCB。可想而知，肯定是做不成的。因为根本不懂工作原理。后来，我又在德州公司申请了一个5V-20A的模块，算是应付吧。在后续的日子里，我一边做飞思卡尔，一边看开关电源资料。看了很多，Buck,Boost以及单端正激，单端反激，推挽输出，半桥，全桥，以等等一些资料。包括电源高频变压器，电感选取，电容选取等等，都稍微懂那么一点。但当正真做时，就不知怎么下手了。因为没有整体的思路。

  飞思卡尔结束后，为了准备电赛，我才又拾起电源。不仅仅是为了做电赛。更多是想去做做。连续两次我做了开关电源升压电路。一个是用Boost做，不算成功，因为当时，纹波很大，虽然带负载没问题，但当时我不知道如何消除尖峰。接着我又和搭档合作做一个电赛题目，我做的还是升压部分。不过这次我选用推挽升压，用高频变压器进行升压。说道这里，的谢谢樊京老师，因为是借他的非晶合金磁环，真的很给力。那个升压部分，还算可以。当时基本满意。这两次用的控制芯片都是TL494，很给力。真的！

废话不多说，言归正转。说说这个5V-40A的电源吧。

整个电源分为五个部分：

驱动部分

控制部分

输出滤波

过流保护

升压部分

画不成那个箭头，你们就看着吧。

先说驱动部分，驱动部分，很简单，用四个3205并联使用。栅极驱动，加下拉消延迟电路。同时源极输出并四个超快恢复，超大电流的肖特基。

这是电路图，很简单吧。

那个栅极二极管用的是5819，超快恢复

那个28V的稳压管因为没买到，也没加。先说说，怎么工作的吧。当输入是高电平时，9012截止，二9012的射极是比基极大0.2V左右的，因为有5819的存在。上升沿看不出什么。但当时低电平时，由于，基极变低，这时理论上因为有二极管的存在，射极会更低，但实际上由于结电容的存在，射极电压会高，如果没有这个电路，结电压会慢慢下降，因为没有一个专业的释放回路，但由于9012的存在，在低电平时，一旦导通，迅速将结电压释放，并且能释放的很彻底。这是就，减小了延迟时间，使开关管发热量减小。关于续流二极管，我不多说，因为稍微有点电源基础的人都能看懂。关于那个28V的稳压管，是为了消除高电平期间的震荡而加的。但后来没买到，也没那个必要，就没加。其实加上更好一点。

  接下来说说升压部分吧。也很简单。我们通常都知道，升压就是Boost电路。尤其是当功率不大的时，直接买一个升压芯片就完事了。我们用做多的就是34063，这个升压芯片，还不错。测试时可以升到44V。但让我感到心寒的是即便我加了扩流电路，在输出400ma时，热的我都彻底受不了。我用的是另一款，XL6009，一个升降压模块。他的性能远远超出我们的想像。无论你是多少，他都能稳住。3-28V任意电压。其实有点浪费。这个升压部分，我认为最好用2588.德州公司的。但手头没有。买吧，有没Money。所以就奢侈了一下。电路，我不画了，会用2596的人，应该会用XL6009.超级简单。

再说说这个碉堡的控制部分吧。起初我用TL494测试成功了。但当时心不甘，想用UC3842，也是德州公司的。当时，在不到两个小时我就“成功”测试了UC3842。只焊接了控制部分，波形很完美，并且拥有最强大的图腾推拉功能，拉灌电流可达1A。当时我心里那个乐呀。于是我就打算用3842做，画板子，焊电路，正正忙了，2天，终于焊接完成。测试时，空载波形真的很完美。频率150KHZ。但加上负载，我就傻眼了。当你不留心时，你不会觉察到，你的电源输出有一个频率超低的纹波，但纹波很大。我根本没在意。但有一次我发现输入电源电压超级不稳定，并且时大时小。我就愣了。因为我手头的这个电源可是0-36V，10A输出的可调电源，360W呀。这款电源别说在源动力，就是全南阳理工也只有一个如此霸气的开关电源。

这时候，我开始想到是我现在做的这款电源有问题了。我再次挂示波器测量，增大时间。然后我傻眼了。一个锯齿波，50HZ，峰峰值6V。我操！！！！开什么玩笑。我开始各种猜想和假说，百度，电源论坛，书籍。我齐齐查阅了一边。书上根本没提这种现象。论坛上倒有一个也遇到了同样的问题。但都没解决。

再后来，我又发现这个锯齿波，是随着负载增大，峰峰值减小，频率增大的。并且当我挂到电源的输入，发现有一个尖峰斜坡震荡，并且这个震荡频率也是和输出的锯齿波频率保持一致。

这种问题，最根本的原因就在于UC382.好像是3842电压采样频率一样。但我查看了内部结构后发现，根本不可能。因为是误差放大加运放调节。速率是非常高的。比单片机要高的多。

连续3天时间，查资料，找原因，但一直找不到。。。。。心碎了。。。。

第四天我决定换控制器，虽然这不是源动力人的风格。但我真的没救了。又换回了TL494.一次性成功。纹波不到200mv。

下面是控制电路：

很简单吧。频率可调的，最高调到150K，最后又降下来了。47KHZ。它的最高频率是300KHZ，UC3842的最高频率是500KHZ。这个频率在信号处理当中，不算高，但在电源里，已经不低了。因为没有几个开关管可以承受的住这么大的频率。

再说说输出滤波吧。输出滤波很简单，就一个电容加几个电容就OK了。但注意，这个环节也是最重要的。

先上图：

图中那个电感是最让我心痛的，为了绕一个完美的它。我前前后后绕了10多次。手都弄出泡了。晒一个最后成功的电感吧。

就是这货，35uh.绕的线使用1.5mm的三根并绕。饶了10圈。初次我曾用2根并绕过，但发热太严重。我给各位做电源的提个醒。绕电感不可轻视。

第一：磁环要选对

第二：尽量紧凑

第三：绕至要均匀

第四：不要盲目，一定要知道，你要绕多大，大概几圈。

再说说电容吧。图上，我画了不少，但最后只焊了三个电解。因为按常理，要选取尽量小ESR的电容。如果没有，可以多并一些小电容，增大电容量，同时降低ESR。但空间有限，我从徐老师屋的废旧的ATX开关电源上拆了几个不错的电容，容量也大，质量也不错。两个蓝精灵的，一个和平的。为了消除高频杂波，我又在输出并了两个CBB。3.3的。还行。效果很明显。

最后再说说过流保护吧。

其实与其是过流保护，倒不如是限流保护。我设置的限制电流是40A。电路真的很简单，三个康铜丝并联，一个运放，进行电流-电压转换。

上个图吧。

GND是真地。S-GND是输出假地。电源用的15V。不是5V。

很简单吧。就一个电压串联负反馈。

最后再上几张实物图吧：

图片

这是测试场景。

加了散热风扇后的，更加强大。

这是我的超级电源，0-36V可调，10A输出。它充当了测试电源，这是测试现场，因为我的给他留的余量。所以，不敢再加负载了。左边是电流，右边是电压，大家算算功率。这个状态，烧半盆水。

但是不到40分钟，我的总电源关断了。可能是过热保护了。水没烧开，烧的烫手了。不敢测量。因为全南阳理工就我那一个超级电源。

在上一张，当时我的测量状态吧：

在这个状态，我测了输出电压，4.9V纹波320mv.你可以算一下，输出电流有多大，除去线和开关管及风扇损耗，输出电流大概有27A左右。因为实验室没有能上20A的电流表，况且都是坏的，除了我的那个。我只能估算。不过我是有根据的。在输出10几A时我用我的表测过，计算过损耗。损耗有7W左右。也就是说有最多不超过10W的整机损耗。

不过这次我有点不高兴的是我没有采用同步Buck.因为在不加风扇时，我发现续流二极管比MOSFET还热。不过这也不奇怪。因为续流二极管有0.2V的压降。正常。

本打算在上几张示波器的完美波形图，但由于我的手机没照相功能，上面的几张还是借别人的手机照的，不好意思再借。况且挂上示波器，我一个人也不好弄。就没拍。

总体来说，这个电源，我还是比较满意，挂上风扇后，20A连续工作40分钟，散热片只是温温的。还不错。不过这个电源我是相信它能输出40A的，因为没有测试电源，我只能根据现实估计。再给做电源的几个忠告吧。做电源，PCB布线，会要了你的电源命。如果你的布线技术不过关，最好手工打造。尤其是做大功率电源时。布线的最基本的几个原则：

1.    功率环路尽量粗，短，

2.    控制芯片的地一定要和输出同步。

3.    变压器，电感远离控制芯片

4.    尽量剪短反馈线和驱动线的长度。

最好再说一点，也是所有人最不喜欢听的一点，如果你要用某个芯片或者开关管，建议，一定要熟读它的英文手册。就像我正正看了2天3205的手册一样。它会让你受益匪浅。这次这篇日记之所以没加过多的理论计算，是因为我知道加了也是白加，因为我知道大家喜欢看图，不喜欢计算。不过理论计算是必不可少的。

好了，就到这，我想回去休息，有点困。欢迎各位到此阅读。如果有不正确的地方，欢迎指正。