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小弟第一次做大功率(约1kW)DC/DC电路,求指点~

首先,祝各位坛友新年快乐!

我是一名学生,电子信息工程专业,课程当中与开关电源相关的内容很少。以前做过小功率(不超过80W)的DC/DC电路,这次挑战了一下1kW级别的开关电源,感觉困难重重啊,希望获得个位大神的指点!

我的设计主要要求如下:

输入电压:DC 53.5V

输出电压:DC 5~50V(可调)

最大输出电流:20A

我先说一下我目前的设计想法,请坛友过目,不妥之处请批评指正:

1.电路框架:TL494+IR2110,开关频率50kHz,Buck结构,开关管为IRF2807,采用同步整流技术,同步整流的管子也是IRF2807。IR2110可以不使用自举方式,有独立电源供电(这个地方比较纠结,怕自举的驱动能力不够)

2.电感:PDS130125磁芯(铁硅铝,磁导率125,外径/内径/高度=33.02/19.94/10.67),使用直径0.71mm漆包线6股并绕8匝,电感量为6.6μH。

3.反馈电路:电压反馈,电阻分压取样,与调压信号(范围0-5V,来自DA变换器)相加后送至TL494。电流反馈,0.01Ω电阻取样,差分放大后送至TL494。

请问上面这些可以吗?

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2015-01-05 04:29
DC/DC部分不打算做恒流,那个电流反馈是做过流保护用的
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2015-01-05 07:50
@fqdatiancai
DC/DC部分不打算做恒流,那个电流反馈是做过流保护用的

建议使用UCC28221,交错BUCK,将输出信号加一路反相做同步整流,比较容易成功。电压不高,可考虑使用SOP-8封装的集成高,低端驱动器,IR很多这样的驱动器。UCC27211也是,再用3845做一个BUCK输出15V的辅助电源。呵呵,感觉比较简单的东西。自己考虑下吧,我推荐的器件不一定是最好的。

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2015-01-05 17:52
@风通过后的今天
建议使用UCC28221,交错BUCK,将输出信号加一路反相做同步整流,比较容易成功。电压不高,可考虑使用SOP-8封装的集成高,低端驱动器,IR很多这样的驱动器。UCC27211也是,再用3845做一个BUCK输出15V的辅助电源。呵呵,感觉比较简单的东西。自己考虑下吧,我推荐的器件不一定是最好的。
您觉得我的电感设计的合理吗?
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2015-01-05 20:55
@fqdatiancai
您觉得我的电感设计的合理吗?

至少494的信号不能直接做同步整流,不知道你要怎么处理这个下管的同步信号。。

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2015-01-05 20:56
@风通过后的今天
至少494的信号不能直接做同步整流,不知道你要怎么处理这个下管的同步信号。。
可以做好原理图,帮你分析可行性。。
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zhq465
LV.4
7
2015-01-07 10:26

DC DC20A.rar这个是我依照钟工的电路做的DC24V TO DC12V   20A降压电路,加风扇可以到30A。494+2110同步整流。按照这个电路已经做过几个批量,感谢钟工的同时也奉献出来供大家参考学习。

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2015-01-08 23:56
@zhq465
DCDC20A.rar这个是我依照钟工的电路做的DC24VTODC12V  20A降压电路,加风扇可以到30A。494+2110同步整流。按照这个电路已经做过几个批量,感谢钟工的同时也奉献出来供大家参考学习。[图片]
您好,您这个电路也是用了N沟道的MOS管做同步整流,这个地方我特别纠结,就是同步整流管的电流方向是反的,也就是从S流入、D流出,请问这样应用时管子表现怎么样?发热大吗?
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2015-01-09 02:10
@zhq465
DCDC20A.rar这个是我依照钟工的电路做的DC24VTODC12V  20A降压电路,加风扇可以到30A。494+2110同步整流。按照这个电路已经做过几个批量,感谢钟工的同时也奉献出来供大家参考学习。[图片]
还想问一下,您这个电路,能量的损耗主要在什么地方?
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fqdatiancai
LV.2
10
2015-01-09 02:12
@风通过后的今天
至少494的信号不能直接做同步整流,不知道你要怎么处理这个下管的同步信号。。
是的,494如果是推挽输出的话,每个输出端的占空比都不能超过50%了,而我的占空比最大可不止50%。常见的芯片,比如UC384x、SG3525都考虑过,也都是遇到这个问题
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fqdatiancai
LV.2
11
2015-01-09 03:38
@风通过后的今天
可以做好原理图,帮你分析可行性。。

我画了一个基本的草图,请您看一下是否合理:

图中,U4是TL494,其反馈电路和振荡电路还没画,振荡频率50kHz。

U3是CD40106,是一款带有施密特触发器的反相器,用于信号整形与倒相。

U2是CD4050,同相缓冲器,同于平衡由U3A附加的延时。

U1是IR2110,MOS驱动。我没有设计自举,计划由独立的15-20V电源为开关管栅极供电。

L1是Buck的储能电感,电感参数前面有,电感右边未画出。

IR2110我是第一次使用,不知道用法对不,还有就是这个纠结的信号倒相部分,不知道死区应该怎样产生。另外一个很纠结的问题是,Q2这个管子工作于“反向导通”状态,电流是从源极流入、漏极流出的,这个地方我还专门问了我的模电老师,他说这样用管子可以导通,但性能会变坏,要慎用,请问这个管子这么用究竟可不可以?还有我选的管子是耐压75V的IRFB3607,电路的输入电压是53.5V,我觉得Buck电路开关管上应该没有高于电源的电压产生吧,75V的管子应该可以吧?

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fqdatiancai
LV.2
12
2015-01-09 03:39
@风通过后的今天
可以做好原理图,帮你分析可行性。。
图片点一下可以放大
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fqdatiancai
LV.2
13
2015-01-09 03:48
@风通过后的今天
建议使用UCC28221,交错BUCK,将输出信号加一路反相做同步整流,比较容易成功。电压不高,可考虑使用SOP-8封装的集成高,低端驱动器,IR很多这样的驱动器。UCC27211也是,再用3845做一个BUCK输出15V的辅助电源。呵呵,感觉比较简单的东西。自己考虑下吧,我推荐的器件不一定是最好的。
交错并联我没做过,原理我倒是懂,因为这个时间还比较紧,所以不太敢尝试这个“新技术”。UCC28221这个芯片本地也买不到,淘宝看了一下价格也不便宜啊。封装体积我倒是不在乎,这是我的毕业设计,并不是商业产品,没必要小型化,不过我真想把这个东西做好,以后留着用。辅助电源那边打算采用TOP系列的芯片,直接220V做个反激,给这部分电路预留20W的供电功率应该足够了吧。从53.5V这个电源上取电倒是也可以,这个53.5V电源本身有2.7kW的输出能力,而我的斩波器大概才只有1kW的功率。
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2015-01-09 09:39
@fqdatiancai
我画了一个基本的草图,请您看一下是否合理:[图片]图中,U4是TL494,其反馈电路和振荡电路还没画,振荡频率50kHz。U3是CD40106,是一款带有施密特触发器的反相器,用于信号整形与倒相。U2是CD4050,同相缓冲器,同于平衡由U3A附加的延时。U1是IR2110,MOS驱动。我没有设计自举,计划由独立的15-20V电源为开关管栅极供电。L1是Buck的储能电感,电感参数前面有,电感右边未画出。IR2110我是第一次使用,不知道用法对不,还有就是这个纠结的信号倒相部分,不知道死区应该怎样产生。另外一个很纠结的问题是,Q2这个管子工作于“反向导通”状态,电流是从源极流入、漏极流出的,这个地方我还专门问了我的模电老师,他说这样用管子可以导通,但性能会变坏,要慎用,请问这个管子这么用究竟可不可以?还有我选的管子是耐压75V的IRFB3607,电路的输入电压是53.5V,我觉得Buck电路开关管上应该没有高于电源的电压产生吧,75V的管子应该可以吧?

死区111

死区加这个,继续完善你的原理图,我继续帮你审核。

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zhq465
LV.4
15
2015-01-09 19:11
@fqdatiancai
您好,您这个电路也是用了N沟道的MOS管做同步整流,这个地方我特别纠结,就是同步整流管的电流方向是反的,也就是从S流入、D流出,请问这样应用时管子表现怎么样?发热大吗?
MOSFET导通时相当于一个电阻,发热量只与电流的和RDS有关和电流方向无关。BUCK电路的损耗主要集中在开关管和续流管,把续流管换成MOS就是为了降低它的损耗。
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fqdatiancai
LV.2
16
2015-01-10 06:25
@风通过后的今天
死区111死区加这个,继续完善你的原理图,我继续帮你审核。

非常感谢您哦!

今天参考了一下论坛里的死区时间的电路,在Proteus中搭建了如下的电路(目前手头没有这几种逻辑芯片,所以暂时先用仿真代替了):

U1、U2是CD4081,四2输入与门

U3是CD40106,带有施密特触发器的反相器,用于信号的整形和倒相

Proteus仿真显示,在输入频率50kHz、峰值15V的方波,R1=R2=22kΩ,C1=C2=47pF时,输出波形如下:

图中,绿色线为输入信号,红色线、蓝色线为输出信号。

测试时发现一个问题,就是当我把占空比设置到90%的时候,输出将变为一条直线,怀疑与CD4系列芯片的工作频率过高有关。

目前手头没有这几种芯片,过几天买几片实际测试一下,仿真结果是仅供参考的,不能代替实验。

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2015-01-10 07:51
@fqdatiancai
非常感谢您哦!今天参考了一下论坛里的死区时间的电路,在Proteus中搭建了如下的电路(目前手头没有这几种逻辑芯片,所以暂时先用仿真代替了):[图片]U1、U2是CD4081,四2输入与门U3是CD40106,带有施密特触发器的反相器,用于信号的整形和倒相Proteus仿真显示,在输入频率50kHz、峰值15V的方波,R1=R2=22kΩ,C1=C2=47pF时,输出波形如下:[图片]图中,绿色线为输入信号,红色线、蓝色线为输出信号。测试时发现一个问题,就是当我把占空比设置到90%的时候,输出将变为一条直线,怀疑与CD4系列芯片的工作频率过高有关。目前手头没有这几种芯片,过几天买几片实际测试一下,仿真结果是仅供参考的,不能代替实验。
对,总之就是这个意思,我提供的不是唯一方法,你熟悉哪个就用哪个。还有,在主功率MOS上要并联高性能二极管取代MOS的体二极管,
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xzszrs
LV.11
18
2015-01-10 10:02
@fqdatiancai
您好,您这个电路也是用了N沟道的MOS管做同步整流,这个地方我特别纠结,就是同步整流管的电流方向是反的,也就是从S流入、D流出,请问这样应用时管子表现怎么样?发热大吗?
你们模电老师搞错啦!N型MOS反向用性能比正向更优越。那是由其结构决定的,其载流能力大大优于正向,而且续流MOS管天生工作在软开关状态没有开关损耗,你担心什么?
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fqdatiancai
LV.2
19
2015-01-10 17:45
@xzszrs
你们模电老师搞错啦!N型MOS反向用性能比正向更优越。那是由其结构决定的,其载流能力大大优于正向,而且续流MOS管天生工作在软开关状态没有开关损耗,你担心什么?
好吧,我也迷糊了,等过几天元件到手测试一下吧,毛爷爷说过:实践是检验真理的唯一标准
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2016-01-04 13:15
持续关注
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2016-01-05 09:55
50A得用多少个2807做同步整流啊....
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xzszrs
LV.11
22
2016-01-05 10:35
@qinzutaim
50A得用多少个2807做同步整流啊....[图片]
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2016-01-05 13:14
@qinzutaim
50A得用多少个2807做同步整流啊....[图片]
风冷,两个应该够了。---经验。。。
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oukai001
LV.1
24
2016-07-20 20:14
你好。。我也想做一个DC-DC converter,但是我还是个超级菜鸟。。 你最近的进展怎样。。完成了没有
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dy-2FH44nQ7
LV.1
25
2021-03-17 14:25
请问楼主做出来了吗,想请教几个问题。
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