本次设计的也是一款模块电源,总功率在240W左右,所以功率密度也会相对大一点,
所以叫“高功率密度”电源咯;准备采用TI最新的UCC28056作为PFC控制器以及安森美的
NCP1399作为LLC控制器,同步整流将采用熟悉的恩智浦TEA1995,这个比较好用。
输入电压:90-264Vac
输出电压:24Vac
输出电流:10A
目标效率:94%(高压满载)
相关保护:OCP、OVP、SCP
PCB尺寸:5*9.5cm(暂定)
先来欣赏一下前段时间设计的其他作品吧,后续这个项目也会做成该模样的,敬请期待吧:
不大不小,可以说比你手中的手机还小,但是要厚,哈哈。
图中的打火机就是日常生活中使用的那种。
第一版PCB如下:
第二版PCB如下:
第一版样机如下:
下面先给自己一个条条框框吧,不然都不知道要做多大了;
上图这个是PCB尺寸:50*95MM;
高度初步设计是不超过30MM;
按这个参数计算下来,功率密度就差不多有那么高了。
初步规划了一下PFC的原理图;
采用的主控是TI刚刚推出不久的UCC28056;
还没有调试过,不懂有没有挑战性。
大概布局就是这样了;
准备采用双面板设计。
经过一整晚的战斗,是战斗到十二点多了,终于搞成这样了;
再有一个晚上就基本差不多可以收工了。
先简单说明一下:PFC电感PQ2016,谐振电感PQ2016,主变压器EFD30。
PCB基本画好了,再优化下,摆放下丝印就可以开始打样了。
上下层的器件布局图,插件方面比较紧凑,贴片方面还好。
第一版PCB基本是这样了,已经基本弄好了,准备打样了。
打样的PCB回来了;有时间就开始焊接了。
该有的贴片元器件基本焊接好了;
遗憾的是前段时间买的1399找不着了,还得重新购买了。。。
插件方面也正在备货中……等待……
有货的插件也基本焊接好了;
剩下PFC电感和谐振电感以及变压器得周末有时间才能绕制了;
插件方面的用料和前段时间设计的基本一样的。
开始折腾PFC电感和谐振电感了;
都采用PQ2016的骨架和磁芯,但是骨架要做一些处理。
如上图所示,直接将针脚部分切掉,这样才安装的下;
然后直接飞线到PCB上,打胶固定。
由于都采用PQ2016,所以绕制起来也方便多了;
初步PFC电感采用0.1*30P绕制42T;
谐振电感采用0.1*60P绕制28T。
暂时设计PFC电感量240UH,根据实际调试再做优化;
LLC谐振电感暂时为115UH,也根据实际调试再优化。
板子基本焊接好了,先调试了一下PFC;
直接上电没有炸鸡,哈哈
带了个小载40W左右,这是输入115Vac情况下测试PF值0.992;
230Vac高压输入情况下,40W左右其PF值也达到了0.9以上。
成品秀一下,请大家欣赏……
忘记拍高清照片了,就将就看吧;
这个PFC IC待机时基本工作在burst mode,所以其待机功耗比较低。
期待后续更多的测试吧。
今天又折腾了半天,输出基本上正常了,当中也遇到了一些小问题;
首先是变压器设计的不太合理,VCC绕组电压太高,会出发1399过压保护;
还有就是空载时1399的频率会自动跑高,然后我们继续优化。
这个是今天调试时,随手拍的一张照片;
黄色是下半桥驱动波形,蓝色是VCC电压,绿色是谐振电容电压波形;
由于1399的VCC最大是20V,所以明显是触发过压保护了。
就昨天VCC的问题,又重新绕制了变压器(EFD30)
搞了半天把变压器绕好;
上机测试,发现还是不太对劲;
只能抽时间再继续折腾了
先来秀一下调试现场吧,有点凌乱,设备也有点简陋,就将就看看吧……
先来看看目前的板子情况,谐振电感和谐振电容还没有最终确定,所以挂在上面;
输出部分先采用了肖特基作为整流,同步整流还没有上;
同时输出的共模电感有拆除,上周就是由于共模电感短路(绕制时漆包线掉漆了)导致调了好久。
这是在输入230VAC情况下输出24V2.5A;
PF=0.979
效率:60.21/68.4=88.03%(长线接入电子负载,肖特基整流)
下图是此时的波形;
其中:
黄色:半桥下管VGS波形;
紫色:谐振电容电流波形;
绿色:谐振电容电压波形。
这是在输入230VAC情况下输出24V5A;
PF=0.991
效率:120/132=90.91%(长线接入电子负载,肖特基整流)
下图是此时的波形;
其中:
黄色:半桥下管VGS波形;
紫色:谐振电容电流波形;
绿色:谐振电容电压波形。
这是在输入230VAC情况下输出24V7.5A;
PF=0.99
效率:179.46/197.6=90.81%(长线接入电子负载,肖特基整流)
下图是此时的波形;
其中:
黄色:半桥下管VGS波形;
紫色:谐振电容电流波形;
绿色:谐振电容电压波形。
这是在输入230VAC情况下输出24V9A;
PF=0.993
效率:214.97/236.9=90.74%(长线接入电子负载,肖特基整流)
由于还没有优化,目前加载带9A多点就开始刹车了(OCP),所以只能测试到9A了;
后续优化下OCP就可以10A输出了。
下图是此时的波形;
其中:
黄色:半桥下管VGS波形;
紫色:谐振电容电流波形;
绿色:谐振电容电压波形。
从上述目前波形来看,谐振变换器并不是工作在最佳状态,其实大家都知道,满载时
开关频率f=最大谐振频率fr时是最佳的,那时的电压电流波形都是很纯正的正弦波
,这时的效率也是最高的;目前工作在f>fr,其T(开关周期)<Tr(谐振周期),
所以导致谐振电流呈现现在的波形。
面对目前的状况,可以从如下几个方面改善:
1.降低输入电压(PFC输出电压);
2.将负载继续加大;
3.改变Cr和Lr;
4.改变变压器匝比。
有经验的工程师其实会发现,修改变压器是最直接有效的方法。
周末又折腾了一下电源;现在看到的PFC的测试波形;
输入115Vac情况下带载2.5A时的波形,其中黄色-驱动波形,紫色-电流波形,绿色-电压波形;
此时测的其PF=0.994(采用GPM-8212功率计,输入端为1KW隔离调压器供电)
输入115Vac情况下带载5A时的波形,其中黄色-驱动波形,紫色-电流波形,绿色-电压波形;
此时测的其PF=0.990(采用GPM-8212功率计,输入端为1KW隔离调压器供电)
输入115Vac情况下带载7.5A时的波形,其中黄色-驱动波形,紫色-电流波形,绿色-电压波形;
此时测的其PF=0.993(采用GPM-8212功率计,输入端为1KW隔离调压器供电)
输入115Vac情况下带载10A时的波形,其中黄色-驱动波形,紫色-电流波形,绿色-电压波形;
此时测的其PF=0.994(采用GPM-8212功率计,输入端为1KW隔离调压器供电)
看完了115V输入情况,接下来再看看230V的情况:
输入230Vac情况下带载2.5A时的波形,其中黄色-驱动波形,紫色-电流波形,绿色-电压波形;
此时测的其PF=0.976(采用GPM-8212功率计,输入端为1KW隔离调压器供电)
输入230Vac情况下带载5A时的波形,其中黄色-驱动波形,紫色-电流波形,绿色-电压波形;
此时测的其PF=0.991(采用GPM-8212功率计,输入端为1KW隔离调压器供电)
输入230Vac情况下带载7.5A时的波形,其中黄色-驱动波形,紫色-电流波形,绿色-电压波形;
此时测的其PF=0.994(采用GPM-8212功率计,输入端为1KW隔离调压器供电)
输入230Vac情况下带载10A时的波形,其中黄色-驱动波形,紫色-电流波形,绿色-电压波形;
此时测的其PF=0.992(采用GPM-8212功率计,输入端为1KW隔离调压器供电)
继续折腾了一下这个电源;
重新撸了一个变压器,所以谐振波形方面有所改善;
效率方面也有一点点的提示。
上面拍摄的是230Vac输入,输出满载的情况;可以看到其谐振波形基本正弦化;
其效率为:240/255.8*100%=93.82%
其中:黄色-半桥下管驱动波形;紫色-谐振电容电流波形;绿色-谐振电容电流波形。
235Vac输入的情况下,带满载后,调压器显示224Vac;
此时看到的是对高压PFC的测试,此时的PF=0.992;
上图是PFC测试时的接线方式;
上图是调机时随便拍的,某宝买的高压电容放电笔用着还不错,工程师的必备武器,麻麻再也不用担心被电了,哈哈。。。。
下图是示波器的截图;(其中黄色-MOS驱动波形;绿色-输入电压波形;紫色-输入电流波形)
下面将进行该电源的平均效率测试:
输入235Vac,输入24V2.5A时的效率:
60.17/66.5*100%=90.48%
下图中:黄色-下管VGS波形;绿色-谐振电容电压波形;紫色-谐振电容电流波形。
输入235Vac,输入24V5A时的效率:
120.21/129.2*100%=93.04%
下图中:黄色-下管VGS波形;绿色-谐振电容电压波形;紫色-谐振电容电流波形。
输入235Vac,输入24V7.5A时的效率:
180.17/191.1*100%=94.28%
下图中:黄色-下管VGS波形;绿色-谐振电容电压波形;紫色-谐振电容电流波形。
输入235Vac,输入24V10A时的效率:
240/254.3*100%=94.37%
下图中:黄色-下管VGS波形;绿色-谐振电容电压波形;紫色-谐振电容电流波形。
60.17/66.5*100%=90.48%
120.21/129.2*100%=93.04%
180.17/191.1*100%=94.28%
240.00/254.3*100%=94.37%
其平均效率为:93.04%
该模块电源的第一版到此也接近尾声了,PCB上有一些改动,最近会再打样一版;相关测试视频也在剪辑中了,稍后也上传上来,大家敬请期待吧
第二板的PCB已经发去打样了,其改动不大,优化了一些细节;
下面是最终原理图,需要的可以看看。
第二版的PCB打样已经回来了;如时间允许的话,还可以调调哈;
由于时间关系,第二版可能暂时是调试不了;
其实第二版也没有啥的大改动,只是稍微改动了一下下;
从一楼的PCB图对比可以看出哈。
等晚点有时间了,再焊接调试吧……请大家期待!
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