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UC3842单端反激开关电源调试跟踪

第一次在这里发帖,只为了能和大家一起讨论一下反激式开关电源。

先介绍一下自己的情况。

学习开关电源设计已经有一段时间了,11年毕业那会儿搞的是嵌入式软件,硬着头皮搞了两年终于确定自己没那个天赋,整天被乱糟糟的代码搞的焦头烂额,抽着烟,皱着眉头敲代码,是那段时间的回忆。13年来到深圳,本来还没确定转行结果找工作时歪打正着干起了硬件设计,主要是做传感器电路设计各种放大电路采集电路等等,在硬件这方面似乎有那么一点感觉,就决定以后就做硬件了,可是我总是不消停,又对开关电源感兴趣了,说干就干。工欲善其事,必先利其器,于是乎泰克示波器、福禄克万用表、功率计、数字电桥、红外测温仪、高压探头、(高频电流互感器:太贵,自己用高导磁环做了一个,效果很不错完全够用,就是有点麻烦,测电流时要焊根线穿过磁环)以及各种磁芯骨架、漆包线、胶带、芯片、mosfet、、、、、、、好嘛,前前后后一万多出去了。其他各种各样的小工具应有尽有,我居然还买了个电子秤,真不知道什么时候能用到。

       好了,扯的有点远了。从年前开始看书,主要是是,开关电源设计3版,和,精通开关电源设计,这两本开关电源中的圣经还真不是那么好啃的,反正我是啃了半年多才算看完一遍,可是回头前面看的基本快忘玩了,只有个印象了。不管他现在正式进入实验阶段,一边看书找资料,一边开始设计。今天刚刚把PCB画好,这就准备发给厂家打样了,打样之前,还是先让大家给把把关比较好,可以把一些不必要的错误改改再打样。这次的设计主要就是为了折腾的,为了充分了解反激式开关电源的工作原理,我没有使用那种集成mos管的芯片,而是使用uc38xx芯片自己设计外围电路,自己计算变压器参数,自己选择mos管、各种二极管等等,这样灵活性也大,能更好的看到各个点的波形。方便分析。甚至反馈环路我都在一个电路里设计了两个不同的反馈方式,当然不能同时焊上去。先不废话了,看看我设计的这屌炸天的原理图吧。

设计目标是:

AC90-260输入,频率50KHz,输出12V5A,效率计划在75-80%,

先帮我看一下这个图有没有致命的错误,比如上电会不会爆炸?有没有将来无法弥补的错误?大家看到了,原理图中既有辅助绕组电压反馈,又有431加光耦。当然这两部分电路不会同时焊上去,我为了以后做对比实验用的。还有PCB一并奉上。

嗯!···啊,说明一下,由于不是做产品,只是为了做实验,所以板子画的有点太放肆了,100*100mm的,做过板子的都知道,网上打样这个尺寸以内是最便宜的。为了调试方便我还特意在空旷的地方画了一片~~~洞!洞!板!是不是很奇葩?

大家先看看哪里必须要改的,欢迎大家拍砖,也欢迎像我一样的新手在这里讨论。如果你有好的实验想法也欢迎提出来,只要我这里有条件做,我一定尝试,并把结果公布出来。可能也有一些前辈对这个幼稚的设计不屑于看。可是每个电源工程师都是要经过这一过程的,更何况我现在还不是电源工程师,这些都是自己在家倒腾的。我现在工作上的任务还是仪器仪表功率放大等等。只是跳槽之前总得外练一下筋骨皮吧。

我设计的变压器情况是这样的:

磁性选择EE28,匝比6:1,初级绕组30圈,线径0.71mm,主输出5圈线径0.5,四股并饶,辅助绕组5圈,线径0.21,单股。。气隙,计算为0.44mm,初级电感计算为196uh。垫了四层马拉胶带,测得初级电感为210uh,差不多了。初级漏感约7uh。

这些算出来的参数有什么问题吗?我用网上的一个磁芯计算工具验证了一遍基本差不多,但我还是坚持使用了自己计算的参数。,软件让我用EE30,结果我只买到了EE28.也能绕下。还挺宽松。

图片是我做的变压器和找的一个电容(比变压器还大)

mos管使用12n60,肖特基使用20100,辅助绕组上的二极管用FR107(似乎有点不协调,主要是手头有这个)

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huxuzhan
LV.3
2
2015-06-19 09:11
是不是一晚上,帖子沉了?我先顶起一下
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2015-06-19 11:27
已经被添加到社区经典图库喽
http://www.dianyuan.com/bbs/classic/
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huxuzhan
LV.3
4
2015-06-19 17:17
简单修改了一下,已经发出去打样了。期待ing
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2015-06-20 11:57

很好奇楼主的高频电流互感器怎么做的。

无论看多少书,做实物才能真正体会到。

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huxuzhan
LV.3
6
2015-06-20 21:19
@PCBBOY1991
很好奇楼主的高频电流互感器怎么做的。无论看多少书,做实物才能真正体会到。

现在就是进入了做实物的阶段了,只是原先对开关电源不怎么懂,只知道大概的原理,至于各种计算完全不会,一些集成的开关电源芯片,手册上有完整的原理图和元件参数,甚至连PCB图有的也给出来,并告知哪些线该怎样走。比着手册倒是也能做出来,但是对于深度的弄懂开关电源没有多大帮助,所以,我先啃读了一下书籍,有个大致的了解,现在再动手做。

你问到的电流互感器,其实很简单,用一个高导磁环,那种绿环就不错,但是别弄的太小了,我做了两个,一个是用于测量10A以下电流的,尺寸稍小一些,比例为10A/V。一个是用来测试100A以内电流的,100A/V,尺寸比较大些。

做法很简单:在磁环上绕上一百到两百圈。然后找个1%的金属膜电阻。阻值为圈数除以10.这样做出来的就是10A/V。除以100就是100A/V。当然你也可以在上面串一个微调用的可调电阻。

我测试过50K的一个三角波电流,与穿在电流回路里的0.1欧姆电阻上的波形完全重合。更让人不可思议的是我用公司的一个三相标准源,输出一个50Hz的交流电流10A的,同样的测试方法,波形也是几乎重合。就测试了这两种频率,因为我现在没法测其他频率的电流了。

如果你需要测量比较小的电流比如1A以内,你也可以做成1:1的。但是电流稍大就会失真。我试过。

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2015-06-21 07:03
@huxuzhan
现在就是进入了做实物的阶段了,只是原先对开关电源不怎么懂,只知道大概的原理,至于各种计算完全不会,一些集成的开关电源芯片,手册上有完整的原理图和元件参数,甚至连PCB图有的也给出来,并告知哪些线该怎样走。比着手册倒是也能做出来,但是对于深度的弄懂开关电源没有多大帮助,所以,我先啃读了一下书籍,有个大致的了解,现在再动手做。你问到的电流互感器,其实很简单,用一个高导磁环,那种绿环就不错,但是别弄的太小了,我做了两个,一个是用于测量10A以下电流的,尺寸稍小一些,比例为10A/V。一个是用来测试100A以内电流的,100A/V,尺寸比较大些。做法很简单:在磁环上绕上一百到两百圈。然后找个1%的金属膜电阻。阻值为圈数除以10.这样做出来的就是10A/V。除以100就是100A/V。当然你也可以在上面串一个微调用的可调电阻。我测试过50K的一个三角波电流,与穿在电流回路里的0.1欧姆电阻上的波形完全重合。更让人不可思议的是我用公司的一个三相标准源,输出一个50Hz的交流电流10A的,同样的测试方法,波形也是几乎重合。就测试了这两种频率,因为我现在没法测其他频率的电流了。如果你需要测量比较小的电流比如1A以内,你也可以做成1:1的。但是电流稍大就会失真。我试过。

其实对于开关电源最头疼的不是原理图PCB等,最担心的还是变压器的绕制,参数的计算。觉得那个最耗时间,一旦计算错误就要重新绕啊T_T

用绿环是不是磁导率低一些呢?才能保证那么好的失真度?

50Hz也能做到不失真真是佩服!

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huxuzhan
LV.3
8
2015-06-21 10:23
@PCBBOY1991
其实对于开关电源最头疼的不是原理图PCB等,最担心的还是变压器的绕制,参数的计算。觉得那个最耗时间,一旦计算错误就要重新绕啊T_T用绿环是不是磁导率低一些呢?才能保证那么好的失真度?50Hz也能做到不失真真是佩服!
50Hz,确实没有失真,最起码我肉眼看不出有任何形变,与电阻采样的波形能重合。
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2015-06-21 19:19
@huxuzhan
是不是一晚上,帖子沉了?我先顶起一下
这个IC有点老了,现在QR模式的效率可达到85%
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spiderman
LV.4
10
2015-06-21 23:29
@huxuzhan
现在就是进入了做实物的阶段了,只是原先对开关电源不怎么懂,只知道大概的原理,至于各种计算完全不会,一些集成的开关电源芯片,手册上有完整的原理图和元件参数,甚至连PCB图有的也给出来,并告知哪些线该怎样走。比着手册倒是也能做出来,但是对于深度的弄懂开关电源没有多大帮助,所以,我先啃读了一下书籍,有个大致的了解,现在再动手做。你问到的电流互感器,其实很简单,用一个高导磁环,那种绿环就不错,但是别弄的太小了,我做了两个,一个是用于测量10A以下电流的,尺寸稍小一些,比例为10A/V。一个是用来测试100A以内电流的,100A/V,尺寸比较大些。做法很简单:在磁环上绕上一百到两百圈。然后找个1%的金属膜电阻。阻值为圈数除以10.这样做出来的就是10A/V。除以100就是100A/V。当然你也可以在上面串一个微调用的可调电阻。我测试过50K的一个三角波电流,与穿在电流回路里的0.1欧姆电阻上的波形完全重合。更让人不可思议的是我用公司的一个三相标准源,输出一个50Hz的交流电流10A的,同样的测试方法,波形也是几乎重合。就测试了这两种频率,因为我现在没法测其他频率的电流了。如果你需要测量比较小的电流比如1A以内,你也可以做成1:1的。但是电流稍大就会失真。我试过。
为楼主的动手能力点个大赞。
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spiderman
LV.4
11
2015-06-21 23:31
@PCBBOY1991
其实对于开关电源最头疼的不是原理图PCB等,最担心的还是变压器的绕制,参数的计算。觉得那个最耗时间,一旦计算错误就要重新绕啊T_T用绿环是不是磁导率低一些呢?才能保证那么好的失真度?50Hz也能做到不失真真是佩服!
磁导率最差的好像是那种蓝色或者黄色的磁环吧,绿环次之,黑色最猛。
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spiderman
LV.4
12
2015-06-21 23:33
@PCBBOY1991
其实对于开关电源最头疼的不是原理图PCB等,最担心的还是变压器的绕制,参数的计算。觉得那个最耗时间,一旦计算错误就要重新绕啊T_T用绿环是不是磁导率低一些呢?才能保证那么好的失真度?50Hz也能做到不失真真是佩服!
听前辈们说过,开关电源变压器设计是技术核心,如果顺利攻克了,离巅峰应该不远了。
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spiderman
LV.4
13
2015-06-21 23:37
楼主好奢侈啊,60w的东西用6n60足够了,12n60的调试阶段,炸一个的话肾隐隐作痛。。。很期待楼主下个阶段的样品调试。希望及时更新哦。共勉。
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PCBBOY1991
LV.3
14
2015-06-22 08:30
@spiderman
听前辈们说过,开关电源变压器设计是技术核心,如果顺利攻克了,离巅峰应该不远了。
对,变压器是我最头疼的问题。
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fox20040076
LV.2
15
2015-06-22 09:37
HEHE
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fox20040076
LV.2
16
2015-06-22 09:45

我也不太懂,单感觉你的电源启动电阻给得有点小,建议改为750K的;辅助绕组居然有两个二极管,不太对吧,电解电容太多了,难道不要钱吗;输出电解居然是1000UF,土豪啊。PCB上面就看了变压器下面居中走了一根线,这可是大忌。TL431没有环路增益控制,加一组电容和电容电阻的网络吧。

 我也准备做一个隔离60W的,先看看楼主的结果(你先当当白鼠看看),大家一起进步!

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huxuzhan
LV.3
17
2015-06-23 10:32
@spiderman
楼主好奢侈啊,60w的东西用6n60足够了,12n60的调试阶段,炸一个的话肾隐隐作痛。。。很期待楼主下个阶段的样品调试。希望及时更新哦。共勉。
初级电流峰值将近4A,6A的管子倒是可以,对比了一下12A的管子Rds更小。因为是做实验,而且有很多对比试验项目,所以我还会换一个你说的6n60试试,看看效率,温升等等会怎样
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huxuzhan
LV.3
18
2015-06-23 11:00
@fox20040076
我也不太懂,单感觉你的电源启动电阻给得有点小,建议改为750K的;辅助绕组居然有两个二极管,不太对吧,电解电容太多了,难道不要钱吗;输出电解居然是1000UF,土豪啊。PCB上面就看了变压器下面居中走了一根线,这可是大忌。TL431没有环路增益控制,加一组电容和电容电阻的网络吧。 我也准备做一个隔离60W的,先看看楼主的结果(你先当当白鼠看看),大家一起进步!
有些参数,我也不知道多少合适,所以做实验时都试试吧。
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huxuzhan
LV.3
19
2015-06-23 21:46
@石川殷水骥
这个IC有点老了,现在QR模式的效率可达到85%
新手,还是从经典电路开始比较好些,出了问题,能提供帮助的人也多,资料也多。这个IC的应用电路有助于理解控制原理。
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huxuzhan
LV.3
20
2015-06-23 21:48
悲催了,刚看一些关于开关电源PCB布局布线的书籍,发现犯了个致命又弱智的错误,初级主回路我居然画了那么大一个圈,里面还圈了一些元器件。。PCB实在华强PCB做的,都已经发货了,明天该收到了。问下有经验的大侠,这样问题会有多严重,还有没有补救的办法。
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2015-06-23 22:59
我觉得电路有不科学的地方。为什么要加光耦到comp端?
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dcpower2015
LV.2
22
2015-06-23 23:55

楼主的设计已经决定了电源是无法稳定工作的。

建议先找个别人设计的比较经典的反激电源或适配器研究一下,理论研究清楚再动手。

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dcpower2015
LV.2
23
2015-06-23 23:59
@huxuzhan
悲催了,刚看一些关于开关电源PCB布局布线的书籍,发现犯了个致命又弱智的错误,初级主回路我居然画了那么大一个圈,里面还圈了一些元器件。[图片]。PCB实在华强PCB做的,都已经发货了,明天该收到了。问下有经验的大侠,这样问题会有多严重,还有没有补救的办法。

小功率的电源,只是做做实验验证,对布线没有太多要求。

3843 PCB布线注意CS与mos地单点接地就可以了。

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huxuzhan
LV.3
24
2015-06-24 08:57
@quantumelectrical
我觉得电路有不科学的地方。为什么要加光耦到comp端?
光耦的反馈不就是接1脚吗,然后二脚接地?
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huxuzhan
LV.3
25
2015-06-24 08:58
@dcpower2015
楼主的设计已经决定了电源是无法稳定工作的。建议先找个别人设计的比较经典的反激电源或适配器研究一下,理论研究清楚再动手。
哪里是致命的?烦请指出,我很怕一上电就爆炸。给我说一下,我看看能不能修改。
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yukang1744
LV.3
26
2015-06-24 12:31
楼主动手能力赞一个!最近也在搞反激开关电源,先看看楼主的
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huxuzhan
LV.3
27
2015-06-24 16:40

板子已经收到,今晚就装配起来……

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spiderman
LV.4
28
2015-06-24 17:50
@huxuzhan
哪里是致命的?烦请指出,我很怕一上电就爆炸。给我说一下,我看看能不能修改。
没有危险的,串个40w白炽灯进去,应该不会有恐怖感的。呵呵
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spiderman
LV.4
29
2015-06-24 17:51
@huxuzhan
板子已经收到,今晚就装配起来……[图片][图片]
很期待楼主的样品组装结果,记得实时更新啊,迫不及待了。
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huxuzhan
LV.3
30
2015-06-24 18:03
@spiderman
很期待楼主的样品组装结果,记得实时更新啊,迫不及待了。
必须的,现在下班了,回家装配去喽~~~~
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huxuzhan
LV.3
31
2015-06-25 09:34

昨天刚刚装配好,试了一下,大喜,居然没炸~~~但是也没有正常工作。

实验是在输出端加了一个50欧姆的电阻下进行的。

看图说话,

先看下实际装配后的原理图参数:

下图是漏极波形:

下图是输出的波形,注意时基:

下图是采样电阻上的电压,

下图是3842电源脚上的电压:注意时基

下图是3842参考电压脚的波形:注意时基

下图是辅助电源绕组输出端两个二极管之间的电压波形:注意时基

断电以后随着输入电容上电压的跌落出现了短暂的奇怪的现象。有一些波形似乎变的有正常了一段时间,1是源极电流波形的锯齿波出现了,2是辅助绕组输出的两个二极管之间的电压平稳了一段时间。而且在这段时间,电源会吱的一声响,(我电源上是没有蜂鸣器的!)看下图:

经过一点点的排除故障最终发现是3842的2脚忘记接地了。接上以后,上面的故障不再存在。但是新的问题又来了。

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