【電源網(wǎng)】接到上級(jí)要求說(shuō)要作一個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,可靠的800W電源,輸出波紋要求不高,因?yàn)槭侨菪载?fù)載的。電壓要求輸入176--355V(整流后的直流),輸出呢80V.電流10A,輔助供電14V-0.5A。磁芯選擇的時(shí)候算了一天,最終確定用EE65的磁芯.這里有很多原因,首先想用小一號(hào)的EE55,卻發(fā)現(xiàn)算出來(lái)繞不下.或者就是頻率得提高到100K附近或者更高才能繞滿(mǎn).因?yàn)槔习逡蟮氖强煽?那就是說(shuō)溫升一定得盡量的小.所以線(xiàn)徑都是按4A/mm2來(lái)計(jì)算的.最終頻率確定在53K.這也是考慮到骨架繞法的問(wèn)題.初級(jí)兩層,次級(jí)一層,剛好繞滿(mǎn),所以就這頻率了.

另外這個(gè)頻率的選擇也跟匝數(shù)有關(guān),在輔助繞組需要輸出14V電壓,計(jì)算得出如果輔助繞組是2匝,這是最好的繞線(xiàn)方法了.1匝幾乎不可能,那頻率太高了.如果3匝,那么初級(jí)和次級(jí)又繞不下了.所以這頻率是按以上綜合的實(shí)際參數(shù)來(lái)選擇的.并非是最合理的.但卻是最實(shí)用的.

變壓器參數(shù):

F=53K

AE=521,有的廠家給的535,我是實(shí)測(cè)的.

磁飽和增量:0.2(實(shí)際上計(jì)算出來(lái)的△B是0.1564.繞不下滿(mǎn)匝,所以就按滿(mǎn)匝的算是0.2)

Dmax取0.45

有了這些參數(shù),就能算出來(lái):

NP=15  用0.1*200的利茲線(xiàn)兩根并繞兩層作初級(jí),包住次級(jí)

NS=8   用0.1*200的利茲線(xiàn)同樣兩根并繞一層在中間

輔助供電=2繞在最外層,和IC的供電繞組均勻繞制.

繞好后,氣隙開(kāi)0.75毫米,也沒(méi)有超過(guò)1毫米的經(jīng)驗(yàn)值

電感量102UH.

這200根一股的線(xiàn),很糾結(jié).骨架是塑料的.不能長(zhǎng)時(shí)間焊接,而這線(xiàn)散熱又太快了.必須用60W烙鐵才能上錫.所以,最終選擇不動(dòng)骨架,而在線(xiàn)路板相應(yīng)的出線(xiàn)口放置兩個(gè)3毫米直徑通孔的焊盤(pán).骨架依然焊在線(xiàn)路板上,這給組裝帶來(lái)了很大的難度.不適合量產(chǎn).

電路的設(shè)計(jì)

因?yàn)楣β示薮?因此用了兩只330UF的大電容在初級(jí),體積限制也沒(méi)有地方裝第三個(gè)電容了.本來(lái)設(shè)計(jì)是1000UF的,只好用兩只了.然而按經(jīng)驗(yàn),用了直徑20毫米,常溫電阻25歐姆的熱敏NTC依然讓人失望,上電的時(shí)候插頭會(huì)看到明顯的火花產(chǎn)生.有時(shí)候會(huì)嚇人一跳.雖然對(duì)插頭損傷不大,但總歸不是好事.于是就在300V的回路加裝了一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管20N60,在G用分壓電阻從300V到地分壓12V,給G極供電,并在G接入了一只22UF電解.當(dāng)作緩沖電路.不能不說(shuō)這樣用法是從山寨電源上學(xué)到的.可以節(jié)省一只NTC.而且還沒(méi)有發(fā)熱引起NTC老化的問(wèn)題.但缺點(diǎn)也是明顯的.當(dāng)在300V端接入800W負(fù)載的時(shí)候,發(fā)現(xiàn)這場(chǎng)效應(yīng)管雖然內(nèi)阻很低,卻依然有不小的功耗.無(wú)奈還得加入散熱片.最終這個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管做緩沖的方案并不理想 .300V一路搞定,滿(mǎn)載后電壓在預(yù)算范圍內(nèi).交流166V的時(shí)候沒(méi)有跌破180V直流。

方案選用簡(jiǎn)單的3842,功能足夠,而且保護(hù)靈敏.最好的就是可以外加若干保護(hù)電路.比如欠壓或者過(guò)壓鎖定,外接頻率輸入,兩只3842共同使用一個(gè)頻率,或者軟啟動(dòng)等等,都可以在芯片外圍加幾個(gè)簡(jiǎn)單的零件來(lái)實(shí)現(xiàn).如果啥都不加,3842也有自身的電壓保護(hù)和電流保護(hù).可以說(shuō)是相當(dāng)可靠的了.對(duì)于前文提到的插電時(shí)候插頭冒火的情況,先是在初級(jí)加裝了更理想的NTC,阻止了電容充電時(shí)候產(chǎn)生的火花,而電路啟動(dòng)時(shí)候,特別是滿(mǎn)載啟動(dòng)的時(shí)候不可避免的也會(huì)吸收大量電流,這個(gè)也會(huì)使插頭在瞬間產(chǎn)生火花.對(duì)此,我在3842的8腳和1腳間加入了官方推薦的軟啟動(dòng)電路.并且把軟啟動(dòng)電容加大到了100uf.

當(dāng)然這個(gè)電容是經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)的.大約能有3—5秒的緩沖時(shí)間.在這段時(shí)間里,占空比是由1%到滿(mǎn)載的35%(300V直流下的占空比)逐漸提高的.可以在次級(jí)看到電壓上升的曲線(xiàn)就是那個(gè)軟啟動(dòng)電容充電的曲線(xiàn).關(guān)于3842的其他部分的電路就不多說(shuō)了.大家都很熟悉了.就說(shuō)說(shuō)我遇到的一些問(wèn)題吧.這個(gè)軟啟動(dòng)電路本來(lái)是為插頭的火花而做的.可做好后卻發(fā)現(xiàn)又多了個(gè)保護(hù)MOS的功能.可以避免剛上電,初級(jí)電壓較低的時(shí)候就開(kāi)始工作,而次級(jí)卻滿(mǎn)載的情況下,初級(jí)電流達(dá)到超過(guò)正常峰值而很快燒掉的情況,雖然MOS的瞬間耐過(guò)流能力很強(qiáng)大,但依然會(huì)在某些情況下爆掉.然而就在加了軟啟動(dòng)以后,MOS一直很乖,沒(méi)發(fā)脾氣的爆掉.從這里,我又學(xué)到了軟啟動(dòng)對(duì)于大功率電源的重要性.

MOS的溫度

之前計(jì)算的IPK是14.6A 所以選用20n60,而我手頭只有TO220封裝的,將就用吧.這MOS查資料是DSON=0.65歐姆,實(shí)際上是能用的,發(fā)熱也在95度以?xún)?nèi),加了重量170克的散熱片.煙盒大小的一塊.但直接測(cè)G端波形,發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)了嚴(yán)重的失真,上下沿的中段,都會(huì)出現(xiàn)一段平臺(tái),粗看是平的,波形放大了看其實(shí)是一段密集而雜亂的振蕩.想想3842的驅(qū)動(dòng)能力是1A的啊,不至于是這波形吧?后來(lái)改動(dòng)RG電阻,原電阻是20歐姆的,按MOS的PDF資料,改成2.2歐姆的,再看波形,好了那么一點(diǎn).感覺(jué)也就好了2成吧.不過(guò)發(fā)熱降低了10度,到85度了.不得已,又改版,加裝了圖騰柱驅(qū)動(dòng).用8050和8550.

驅(qū)動(dòng)電阻從2.2---20歐姆都試過(guò),還是圖騰柱和2.2的電阻配合,發(fā)熱最低.現(xiàn)在最高溫度也沒(méi)過(guò)55度了.當(dāng)然是在風(fēng)冷條件下了.環(huán)境溫度15度,12V風(fēng)扇,規(guī)格6015一只.12.5V供電就夠了.接下來(lái)電路的難題又來(lái)了:MOS的尖峰吸收.(在本文中所有電路的電壓都是300V的情況下測(cè)試的,如有例外,會(huì)做說(shuō)明的)看波形,在MOS的D,有580V的尖峰最高值,初級(jí)RCD吸收是按經(jīng)驗(yàn)值:103電容和47K電阻并聯(lián).電阻取的大,消耗在RCD上的損耗最小.但尖峰也很大.如果交流輸入245V,那MOS就該報(bào)銷(xiāo)了.于是用兩只47K電阻并聯(lián),電容不變,峰值降到了560V但也不能無(wú)限制的減小這電阻了.考慮到這個(gè)尖峰是由次級(jí)反饋回來(lái),和漏感一同形成的,于是在次級(jí)整流二極管兩端加裝了RC吸收.R=27歐姆,C=470p.這下MOS的D極峰值降到了500V.看來(lái)很有用哈.反正是走到這一步了.看看能不能改變RC的搭配讓峰值更低,可換了很多種組合,都不理想.

這次在MOS的DS端加入了同樣的27歐和470p的阻容吸收,峰值又降了20V,達(dá)到了480V.不過(guò)這幾個(gè)被動(dòng)吸收電阻都加大了電路的損耗.這也是代價(jià)了.算算一共用了三處的被動(dòng)吸收電路.雖然耗能,卻符合老板簡(jiǎn)單,可靠的要求.這里木有使用有源鉗位,我個(gè)人認(rèn)為無(wú)源器件比有源器件更長(zhǎng)壽.雖然代價(jià)是更多的發(fā)熱和能耗.不過(guò)在這里老板不要求,那么就按自己的意思作了。

整個(gè)電路是用3842+817+431的簡(jiǎn)單組合.電路夠簡(jiǎn)潔，功率夠大。然后開(kāi)始搞10A的限流電路了.跟普通的限流一樣,得用采樣電阻來(lái)作.因?yàn)檫@電流要求就是要精確限流,所以只能在直流輸出部分檢測(cè),而不能放在次級(jí)整流管之前用互感器隔離檢測(cè).檢測(cè)電阻我用了一只5W的0.02歐姆水泥電阻.定做精度2%.滿(mǎn)載10A功率也才2W.這里選用5W電阻是有原因的.本來(lái)用3W就足夠了吧,可實(shí)際使用3W0.02歐姆電阻的時(shí)候卻發(fā)現(xiàn)電阻本身的阻值會(huì)變大.就跟白熾燈一樣,冷態(tài)小電阻,熱態(tài)就大電阻了.這也是電阻測(cè)溫法的基本原理。這電阻變大了多少呢?2W的功耗,20毫歐的電阻變成了23毫歐.已經(jīng)遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)了.結(jié)果是熱機(jī)以后,電流從10A直線(xiàn)降到了8.7A附近,并且趨于穩(wěn)定.這明顯不符合精確限流的要求嘛.這里說(shuō)下,限流電路是用358接的比較器,來(lái)控制光耦來(lái)限流的.

解決滿(mǎn)載熱機(jī)后,電流不精確的問(wèn)題似乎用溫度補(bǔ)償是理想而可靠的方法.而實(shí)際卻發(fā)現(xiàn)電阻雖然2W的功率,溫度卻高到了76度,熱敏電阻裝在哪都不合適,電阻底下?走線(xiàn)是個(gè)問(wèn)題至少我很難安排合適的地方了.那么飛線(xiàn)將熱敏電阻固定在電阻上?似乎也只能在實(shí)驗(yàn)室這么干.而且老板是不會(huì)同意再搞另外的溫度檢測(cè)電路的.那樣布線(xiàn)的復(fù)雜程度和板的面積都成問(wèn)題.他只要簡(jiǎn)單的.本打算兩只0.02歐姆電阻并聯(lián),結(jié)果廠家說(shuō)有5W的,就給發(fā)了樣品.來(lái)試試剛好.電路參數(shù)也不用改了.板子也不用重做了.

用了大功率的電阻,散熱更快了.電阻的溫度沒(méi)那么高.至少?zèng)]超過(guò)50度,手可以一直摸著只是熱熱的感覺(jué),電流也達(dá)到了10A正負(fù)0.3A的精度.當(dāng)然,這個(gè)精度不僅僅是電阻換大個(gè)的功勞了.也有在運(yùn)放的性能有關(guān),當(dāng)用國(guó)產(chǎn)0.12一個(gè)的LM358的時(shí)候,精度在正負(fù)0.4A上下.換進(jìn)口的,或者其他型號(hào)運(yùn)放,則都能達(dá)到正負(fù)0.3A的輸出控制精度.整個(gè)電源都完工了.經(jīng)過(guò)了幾十個(gè)小時(shí)的滿(mǎn)載老化實(shí)驗(yàn),先后又改進(jìn)了幾個(gè)地方:加大了次級(jí)整流二極管的散熱片.加大到200克的鋁型材.MOS換用26n60,導(dǎo)通電阻小到0.13歐姆,所以MOS的散熱片也相應(yīng)減小到了120克.整體升溫在很理想,變壓器溫升最大50度,MOS溫升40度左右,次級(jí)二極管溫升在55度左右.

完成之后對(duì)比了相同功率的正激電源,感受深刻啊.反激電源也并非書(shū)上說(shuō)的只適合200W以?xún)?nèi)的小功率.大功率也未嘗不可.只是代價(jià)有點(diǎn)高了.不過(guò)以電路的簡(jiǎn)潔和可靠來(lái)看.反激還是有優(yōu)勢(shì)的.但因?yàn)槌跫?jí)電流比同等級(jí)的正激電源大了約30%.這也讓MOS和其散熱片的成本比正激高了很多. 再就是變壓器了.同頻率下,正激只用EE55就能達(dá)到相同的功率輸出.可變壓器比正激的簡(jiǎn)單.而且次級(jí)少用一只須流二極管,少一個(gè)次級(jí)的電感.這樣成本就持平了.綜合來(lái)說(shuō).布線(xiàn),和線(xiàn)路板占用,零件個(gè)數(shù),都比正激有優(yōu)勢(shì).劣勢(shì)就是變壓器巨大,而且不易量產(chǎn).因?yàn)橐_控制電感量,而且電感量非常小.只有102微亨.這會(huì)讓變壓器廠家聽(tīng)了就掛電話(huà)的.