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tanb006
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LM5176制作5-30V輸出50A可調(diào)電源(2)
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LM5176制作5-30V輸出50A可調(diào)電源(2)

新版PCB到,焊接好外圍零件和MOS、電感,加了前后各一個(gè)電解,準(zhǔn)備測試波形。如果波形OK,那就裝上所有零件開始加載。

一陣忙碌后,上12V,輸出15.2V  1A,各部分波形正常。VGS波形也直上直下,沒有出現(xiàn)米勒平臺(tái)。驅(qū)動(dòng)電阻是5.1歐姆0805??磥砜梢匝b上所有零件了。裝電容,背面加錫,裝散熱片。8顆MOS,兩顆一組并聯(lián),沒用市面上灰白色的那種矽膠片,太厚,0.4mm。用20mm寬的金色高溫膠帶在散熱片上貼一條。膠帶厚度0.1mm。厚度對(duì)于熱傳導(dǎo)是很致命的。貼好膠帶,MOS背面略涂一層薄薄的導(dǎo)熱硅脂。能多薄就多薄。涂好放在膠帶上正確的位置,用7字型壓板壓緊每一顆MOS。事實(shí)證明這樣的散熱效果是在絕緣的前提下非常理想的了。后期熱成像的圖像顯示溫度和散熱片只相差了5攝氏度。

組裝完成后接好電子負(fù)載和可調(diào)電源,示波器接好在電感前后和輸出端。上電,輸出OK。慢慢加載,波形如PDF中變化一致。加載到15.2V5A,老化10分鐘,用熱成像觀看有無發(fā)熱異常。通常有故障、或者設(shè)計(jì)缺陷的時(shí)候,在這樣輕載的時(shí)候都會(huì)發(fā)現(xiàn)發(fā)熱異常的零件。巡視一圈,一切正常。MOS溫度35度。環(huán)境溫度30度。板子上溫度最高的是主芯片,55度。個(gè)人猜想是因?yàn)樾酒瑑?nèi)部包含了強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)電路。驅(qū)動(dòng)8顆100多A的MOS依然是那么從容。繼續(xù)加載10A---20A---30A。一切正常。30A的時(shí)候,電壓依然堅(jiān)挺在15.2V。輸入12V41A。整體效率超過92%??磥黼娐愤€是有改進(jìn)的余地。這時(shí)候測量溫度,八顆MOS由于在同一塊散熱片上,溫差并不明顯,均在65—68度。有個(gè)50毫米的12V0.2A小風(fēng)扇吹著。電感就在散熱片后面,溫度55度,估計(jì)是被散熱片烤的。電容幾乎沒溫升,都是環(huán)境熱輻射導(dǎo)致電容溫度在33—38度。距離散熱片近的更熱一些。主芯片依然是55度沒變化。一切都向好的方向發(fā)展,看起來很順利的時(shí)候通常都會(huì)有個(gè)坑在等著。

因?yàn)檫@個(gè)拓?fù)涫巧祲航Y(jié)構(gòu),所以看看升壓沒問題,就調(diào)高了輸入電壓,一點(diǎn)點(diǎn)調(diào)。負(fù)載15.2V 電流固定在10A。輸入在接近14V的時(shí)候,輸出電壓抖了一下,電感前后的波形有了變化。檢測四個(gè)臂都有了波形。之前升壓的時(shí)候只有兩個(gè)臂是有波形的。證明了主芯片進(jìn)入了升降壓的混合模式。

繼續(xù)調(diào)高輸入電壓,當(dāng)達(dá)到18V時(shí),進(jìn)入了降壓模式。帶載10A的情況下,電感波形很干凈,沒有畸變。繼續(xù)提高輸入電壓,當(dāng)加到25V時(shí)出現(xiàn)了異響,電感波形混亂,正要保存波形的時(shí)候芯片掛了。瞬間沒有輸出。輸入沒有短路,電流在10毫安附近。斷電測量芯片的各個(gè)腳對(duì)地電阻,沒有發(fā)現(xiàn)短路,再次上電12V,輸出正常。

剛剛的異常情況讓我瞬間懵了,芯片正常,零件正常,25V異響?12V卻正常?再試一次,大不了再燒幾十塊錢的事。這次負(fù)載調(diào)到1A,輸入限流到2A。輸入電壓慢慢上升,跟上一次一樣,在14---18V進(jìn)入混合狀態(tài),18V以后變?yōu)榧兘祲耗J?。?5V還是吱一聲保護(hù)了。故障了,沒有任何零件損壞,只能有兩個(gè)可能:1. 芯片保護(hù)了。2. 外圍零件有問題。

首先芯片是可以工作在60V的。PDF是這么說的,至少也能在55V工作。在25V出現(xiàn)問題明顯不是保護(hù)。我的保護(hù)電壓范圍也設(shè)置在10—55V,輸入電壓檢測引腳的電壓在范圍內(nèi),并沒有因輸入電壓過高而保護(hù)。所以芯片保護(hù)的說法不成立,至少不是過壓保護(hù)。

其次第二點(diǎn),實(shí)際測量外圍無損壞零件,這又讓思維陷入怪圈。反復(fù)閱讀PDF幾個(gè)小時(shí)后,發(fā)現(xiàn)了一行小字:在關(guān)于C-SLOPE 的計(jì)算公式下面有一句話的說明:A smaller slope capacitor results in larger slope signal which is better fornoise immunity in the transition region (VIN~VOUT)翻譯了下,大意是這個(gè)斜坡補(bǔ)償電容越大,整個(gè)輸入輸出的電壓范圍內(nèi)會(huì)越穩(wěn)定,這只是我的理解,可能并非原意。這個(gè)電容計(jì)算的是470P,實(shí)際安裝的是220P的。因?yàn)?20P能還原電感上的電流波形。而470P就失去了波形的尖峰,變成略軟的三角波了。在220P的時(shí)候,各處波形都非常OK。

自以為三角波很正,沒雜波就OK了。沒想到坑在這里。

換上470P的電容,再次測試,果然正常了。從10—35V輸入都正常,看來是這個(gè)電容的問題。測量C-SLOPE電容上的波形,三角波在小的時(shí)候?yàn)V的像貓耳朵一樣。電流30A的時(shí)候波形正常了。是個(gè)三角形,看的到角。繼續(xù)加大輸入電壓,38V就異響了,但是沒停機(jī)。估計(jì)這個(gè)電容還需要加大?以改善輸入輸出的穩(wěn)定性?看PDF里的公式,這個(gè)電容的確和輸入電壓的范圍有關(guān),但計(jì)算很復(fù)雜。這個(gè)表格也只能參考。于是秉持自己動(dòng)手豐衣足食的精神,一點(diǎn)點(diǎn)的改動(dòng)C-SLOPE。不斷的加貼39P的電容,最終得到的值是在10---55V輸入范圍內(nèi)正常工作的電容量為680P。雖然在輕載的時(shí)候波形不再是三角波,但無所謂。看來芯片對(duì)電流的檢測是很寬容的。

至此,整個(gè)輸入范圍和輸出都能滿足我的要求。也測試過50A輸出,MOS的溫度達(dá)到了85攝氏度。經(jīng)過細(xì)節(jié)的多次改動(dòng),整機(jī)效率達(dá)到了最高94%以上。效率最低的時(shí)候是在最高電壓輸入的時(shí)候,52V輸入,15.2V輸出,50A。效率只有92%以上。

四個(gè)臂中,降壓時(shí),輸入的第一組MOS最熱。這組MOS由電容泵供電驅(qū)動(dòng),驅(qū)動(dòng)VGS電壓是6.5V—7V。想再通過增加MOS并聯(lián)的方式來提高效率恐怕是行不通的。主芯片已經(jīng)很累了,驅(qū)動(dòng)8顆大電流MOS需要很大力氣的。

下一版我打算改為專用芯片+隔離變壓器驅(qū)動(dòng),讓主芯片能降低一些溫度,工作會(huì)更可靠一些。輸入和輸出電壓電流都用差分放大后給單片機(jī)做個(gè)顯示功能。散熱片用熱管,面板用PCB畫一個(gè)打樣,外殼用個(gè)淘寶上購買的小型電腦機(jī)箱就OK了。

理想很豐滿,現(xiàn)實(shí)很骨感。想的太美又掉坑里了。下回再說是什么坑。

續(xù)上回。

新的PCB到了。杜絕了前面發(fā)現(xiàn)的那些問題。
風(fēng)道和散熱片也有了優(yōu)化。焊接過程略過,裝機(jī)后用電子負(fù)載測試OK。
輸出調(diào)為14.8V,然后關(guān)機(jī)。在負(fù)載上接入一只12V20AH電瓶。
再開機(jī),神奇的事情發(fā)生了,我的輸入可調(diào)電源冒煙了。
30V5A的線性可調(diào)電源。怎么會(huì)冒煙?好郁悶。
但很明顯是在我開機(jī)瞬間,電源冒煙了。
還好我有四臺(tái)3005電源,平時(shí)可并可串,應(yīng)用靈活。
節(jié)省時(shí)間換一臺(tái)再試,瞬間又掛一臺(tái)可調(diào)電源。
雖然損失兩臺(tái)電源,但問題點(diǎn)就很明顯了,出在板子上。
煩人的板子啊,不管了,先冷靜下,換個(gè)事情做作先。
電源拆開發(fā)現(xiàn)是輸出部分過壓了。輸出電容掛了,輸出上的其他小零件也掛了幾個(gè),但整個(gè)輔助電路和顯示控制部分完好。
換好電容,反復(fù)測試OK,兩臺(tái)可調(diào)修復(fù)完畢。一個(gè)下午就這樣過去了。
晚上靜下心來想問題的來由:損壞兩臺(tái)電源,肯定是板子出問題了。一步步反推,接電池之后連損兩塊電源,而之前各種測試都很OK。問題在電池上?難道不能接容性負(fù)載?之前測試都是用電子負(fù)載的。
......電池、容性負(fù)載、為啥電源壞了?被高壓損壞?我的DC-DC產(chǎn)生的高壓???說出來我自己都不信。
疑惑啊,來反推一次原理圖:當(dāng)輸出接入電池的時(shí)候,各MOS都處于關(guān)閉狀態(tài),電感上無電流,輸入處咋會(huì)產(chǎn)生高壓?當(dāng)開始上電的時(shí)候會(huì)進(jìn)入軟啟動(dòng),脈寬是逐漸打開的,電感中電流并不大。但是,突然發(fā)現(xiàn)了一個(gè)問題:剛開始的時(shí)候,由于脈寬逐漸打開,SW2上就沒有多少電壓。SW2處的電壓是低于電池電壓的。此時(shí)Q7Q8打開了,電池的電倒灌進(jìn)來。。。。。。然后逆向升壓了。。。升了。。。了。。。唉,被電池打敗了。
接著有了預(yù)防方案,在輸入端串入一只6A10二極管,掛上示波器看輸入的電壓是怎么變化的。
上電瞬間,的確是反向升壓了,無論輸入電壓是低還是高,都是升壓。電壓會(huì)疊加在輸入電壓上,造成我的可調(diào)電源損壞。
咋辦捏,想想吧,辦法總是有的。輸出的Q7Q8兩顆MOS更換成二極管,不就一勞永逸了?嗯,犧牲點(diǎn)效率把。去掉MOS,去掉驅(qū)動(dòng)電路。換上60A45V220封裝的肖特基,理論上杜絕了逆向升壓。
實(shí)際還得試試才知道。二極管在高溫時(shí)候的漏電流還是不小的。再次試機(jī),非常理想。沒倒灌。電池負(fù)載正在充電。測試的時(shí)候,限流電阻用的0.020歐姆,因此輸出電流只有2A多。輸入電壓可以隨意在10—50V之間調(diào)整。
至此,整個(gè)電源調(diào)試完畢,也只能用二極管替換Q7Q8了。效率下降很多,但升降壓功能是完美實(shí)現(xiàn)了。目前正在畫下一版?;謴?fù)Q7Q8,提高性能,但在初始幾秒的時(shí)候會(huì)屏蔽掉Q7Q8的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

這樣在初始的幾秒,MOS當(dāng)二極管用,實(shí)際上并沒有多少損耗。

主要的作用是防止負(fù)載為電池的時(shí)候,逆向電流形成升壓,導(dǎo)致輸入部分損壞。

幾秒后,再接通驅(qū)動(dòng)。當(dāng)然,PCB上也給Q7Q8并了一只60A45V肖特基。用于防止突然大電流沖擊。MOS的體二極管速度可遠(yuǎn)不及肖特基。這樣處理后就兼顧了效率和安全性。畫板子好慢,一點(diǎn)點(diǎn)尺寸都需要推擠。大家需要等個(gè)把月了。畫好后再來跟大家分享。到時(shí)候公布PCB。
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  • dy-hBP6LUqp 2020-11-18 14:54
    哈哈哈,想知道是什么坑,期待下一篇文章
    回復(fù) 1條回復(fù)