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技术帖:做一款摩托车灯电源

本人第一次发帖,先从简单的基本架构BUCK做起吧,更新时间上好把控,后续慢慢地再做复杂的、大功率的电源。进入正题,本次准备开发一款用于摩托车灯的电源,因为有电压转换还要使用按键来切换各种模式,所以可能称其车灯控制器更为合适,参数介绍如下:

输入电压:12-15V(铅酸蓄电池)

输出:6V5A每路,总计6路

输出路数:左近光,右近光,左远光,右远光,左雾灯,右雾灯

功能:1.输入端防反接;2.低待机功耗,即电池供电的时候断开电源,发电机工作的时候才接通电源(使用ACC线);3.按键功能:三个按键切换模式(什么功能待定)

在选择方案的时候我在两个方案之间犹豫过,方案1:12V-15V转7V恒压输出(灯珠电压典型值6V,实际测试是6.5V左右),然后6路中分别串入电阻R限流,实际输出电流=(7V-Vf)/R,然后使用MOSFET控制导通占空比,优势是成本低,整体体积小,劣势是灯珠电流控制不精确,不同批次灯珠Vf不同导致输出电流差异大;方案2:使用6路恒流输出的方案,优劣势和方案1正好相反。(如果朋友们有更好的方案,欢迎推荐)

最终我还是觉得方案2做出来逼格高一些,控制更精准。控制芯片型号选择国产欧创芯OC5021B,该芯片支持PWM调光,电感、电容等元器件都选择立创商城上可以买到的,我真的很喜欢立创这个平台,打板买料很方便,在此给它做个广告。

芯片规格书链接:

C842717_OC5021B_2020-10-13.PDF

MCU规格书链接:

C124948_HR7P169BFGTF_2017-09-12.PDF

第一版原理图:

原理图PDF.pdf

敬请期待接下来的器件选型与Layout。

4月22日更新:

纠正一个上贴中的描述错误—功能:1.输出端防反接,应为—功能:1.输入端防反接。

本帖继续介绍器件选型计算。

附件为计算文档

选型计算文档.pdf

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gaohq
LV.8
2
2022-04-19 20:32

OC5021的驱动能力如何?

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2022-04-20 14:42

台湾远翔LED驱动调光IC一级代理了解下。

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#回复内容已被删除#
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#回复内容已被删除#
5
2022-04-21 22:47

我写了很多公式,可惜不能直接复制粘贴,哈哈。

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2022-04-21 22:50
@ysws13823373125
台湾远翔LED驱动调光IC一级代理了解下。

是否有类似方案可以推荐下

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2022-04-22 10:46
@gaohq
OC5021的驱动能力如何?

DRV脚接500pF电容上升时间还能保持50ns,说明驱动能力应该还可以的

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2022-04-26 11:59
@勤劳善良的高
是否有类似方案可以推荐下

老板,方便加下VX吗?

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2022-05-02 22:14
@勤劳善良的高
我写了很多公式,可惜不能直接复制粘贴,哈哈。

5月2日更新:

本次更新PCB layout,板子尺寸100mm*100mm,四角放置固定孔,其中一角放置接地焊盘。

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2022-05-06 09:42

 

原理图,我下载下来了,分享给大家

 

 

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#回复内容已被删除#
12
#回复内容已被删除#
13
2022-09-27 15:25
@勤劳善良的高
5月2日更新:本次更新PCBlayout,板子尺寸100mm*100mm,四角放置固定孔,其中一角放置接地焊盘。[图片][图片][图片][图片][图片]

楼主,你好,看了你选型文档,写的很精彩,我有个疑惑,OC5021B芯片给出了固定关断时间可以算出C2容值,进而求得Toff=1.3us。我用BPA8506(晶丰明源)芯片,采用buck拓朴结构,输入175-265VAC,输出24VDC/0.5A,规格书上没有写关断时间等信息,功率电感的感量怎么计算呢?

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2022-09-28 11:10
@东汉集团
楼主,你好,看了你选型文档,写的很精彩,我有个疑惑,OC5021B芯片给出了固定关断时间可以算出C2容值,进而求得Toff=1.3us。我用BPA8506(晶丰明源)芯片,采用buck拓朴结构,输入175-265VAC,输出24VDC/0.5A,规格书上没有写关断时间等信息,功率电感的感量怎么计算呢?

你好,BPA8506的datasheet上给的信息很少,总的来说各家芯片差异很小,遵循的公式相同。可参考:

https://www.dianyuan.com/eestar/article-5574.html

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2022-09-28 13:23
@勤劳善良的高
你好,BPA8506的datasheet上给的信息很少,总的来说各家芯片差异很小,遵循的公式相同。可参考:https://www.dianyuan.com/eestar/article-5574.html

感谢楼主回复,就按BPA8506规格书上提供的信息,按你选型文档所列的公式来算功率电感,你会怎么算呢?Ton、Toff怎么来求?求教楼主。

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2022-10-08 09:50
@东汉集团
感谢楼主回复,就按BPA8506规格书上提供的信息,按你选型文档所列的公式来算功率电感,你会怎么算呢?Ton、Toff怎么来求?求教楼主。

1.根据最低输入电压及输出电压计算占空比D,

2.取开关频率fs=30KHZ(规格书中要求频率不大于45KHZ),

3.得出Ton=D/fs,Toff=(1-D)/fs.

后面的公式套用就可以了。

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2022-10-08 14:09
@勤劳善良的高
我写了很多公式,可惜不能直接复制粘贴,哈哈。

楼主,如下选型计算文档截图所列R1计算过程,Vin电压为什么取10V?你设计的输入电压是12V啊。

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2022-10-08 15:30
@东汉集团
楼主,如下选型计算文档截图所列R1计算过程,Vin电压为什么取10V?你设计的输入电压是12V啊。

我的思路是考虑设计余量,如果设计在12V电压点处启动,元器件误差可能会导致有些控制器启动不了。启动电压是这样的设计的原因,其实还可以根据启动电流来设计,使用典型输入电压12V,启动电流选择在1.2*Istmin~0.8*Istmax范围内,这样计算也可以。

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2022-10-10 17:16
@勤劳善良的高
我的思路是考虑设计余量,如果设计在12V电压点处启动,元器件误差可能会导致有些控制器启动不了。启动电压是这样的设计的原因,其实还可以根据启动电流来设计,使用典型输入电压12V,启动电流选择在1.2*Istmin~0.8*Istmax范围内,这样计算也可以。

楼主,你好,BPA8506规格书中提到MOS开通时间要>=650ns,我重新计算了一下,算出来的电感量达到了5.8mH,怎么会这么大?不知是否我算的不对。计算过程我贴图上来。

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2022-10-11 08:53
@东汉集团
楼主,你好,BPA8506规格书中提到MOS开通时间要>=650ns,我重新计算了一下,算出来的电感量达到了5.8mH,怎么会这么大?不知是否我算的不对。计算过程我贴图上来。[图片]

因为你取的电感纹波电流小,所以计算出来的电感量大,BPA8506不一定工作在CCM模式,建议按照BCM计算,▲IL取2Iout,然后再作微调。

另外Ton应该按照Vout/(Vin*fs)来计算。

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2022-10-11 20:18
@勤劳善良的高
因为你取的电感纹波电流小,所以计算出来的电感量大,BPA8506不一定工作在CCM模式,建议按照BCM计算,▲IL取2Iout,然后再作微调。另外Ton应该按照Vout/(Vin*fs)来计算。

楼主好,▲IL2Iout计算,感量为561.6uH,计算过程如贴图。我有三处问题不解,(1)规格书中强调当Iout>0.5*ILIMT_MAX电感需要工作于CCM模式,▲IL2Iout是BCM模式的计算条件,BCM模式下计算的电感工作于CCM模式会不会出问题?另外规格书中还注明按规格书所列公式计算时,ILIMT_MAX取下限值,即640mA。设计要求的输出500mA>0.5*ILIMT_MAX=320mA,按规格书所说电感应该工作于CCM模式啊。(2)经常算变压器知道,输入最低时,变压器工况越恶劣。buck电感却在最高输入下计算,有什么特殊原因吗?(3)电感纹波电流计算值与实际测得值相符吗?第一次做buck方案,不清楚电感的计算环节。楼主指点一二,小弟万分感谢!

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2022-10-17 17:16
@东汉集团
楼主好,▲IL取2Iout计算,感量为561.6uH,计算过程如贴图。我有三处问题不解,(1)规格书中强调当Iout>0.5*ILIMT_MAX电感需要工作于CCM模式,▲IL取2Iout是BCM模式的计算条件,BCM模式下计算的电感工作于CCM模式会不会出问题?另外规格书中还注明按规格书所列公式计算时,ILIMT_MAX取下限值,即640mA。设计要求的输出500mA>0.5*ILIMT_MAX=320mA,按规格书所说电感应该工作于CCM模式啊。(2)经常算变压器知道,输入最低时,变压器工况越恶劣。buck电感却在最高输入下计算,有什么特殊原因吗?(3)电感纹波电流计算值与实际测得值相符吗?第一次做buck方案,不清楚电感的计算环节。楼主指点一二,小弟万分感谢![图片][图片]

抱歉,这些天没看论坛,回复晚了。

1.按照规格书来看,是工作在CCM模式的,之前你按照10%的纹波率所以计算出来电感量很大,建议按照20%~40%纹波率去计算,这样电感量小很多。

2.BUCK电路在最高输入电压下,占空比最小,峰值电流最大,所以此时计算的电感量为最小值,选型时选择的电感量大于此值。

3.理论计算与实际测试有误差,但是误差不大。根据你的实测数据去反推理论计算也是能够吻合的。

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2022-10-21 10:32
@勤劳善良的高
抱歉,这些天没看论坛,回复晚了。1.按照规格书来看,是工作在CCM模式的,之前你按照10%的纹波率所以计算出来电感量很大,建议按照20%~40%纹波率去计算,这样电感量小很多。2.BUCK电路在最高输入电压下,占空比最小,峰值电流最大,所以此时计算的电感量为最小值,选型时选择的电感量大于此值。3.理论计算与实际测试有误差,但是误差不大。根据你的实测数据去反推理论计算也是能够吻合的。

楼主客气了,您能回复我已经万分感激了。你的选型计算文档(如截图1)我又仔细的看了一遍,当按10%纹波电流来算时,K取值为0.2(因为纹波是上下波动,纹波率取10%时,即相当于纹波电流波动幅度为20%,K按纹波电流波动幅度来取值;依些类推,当纹波率按20%~40%计算时,K值取0.4~0.8,不知对否);如截图2所列公式,在BCM模式下,K取值为2,是不是在BCM模式下,K取值固定为2啊。

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2022-10-21 13:49
@东汉集团
楼主客气了,您能回复我已经万分感激了。你的选型计算文档(如截图1)我又仔细的看了一遍,当按10%纹波电流来算时,K取值为0.2(因为纹波是上下波动,纹波率取10%时,即相当于纹波电流波动幅度为20%,K按纹波电流波动幅度来取值;依些类推,当纹波率按20%~40%计算时,K值取0.4~0.8,不知对否);如截图2所列公式,在BCM模式下,K取值为2,是不是在BCM模式下,K取值固定为2啊。[图片][图片]

这里有个纹波的定义需要明确一下,纹波是p-p值,所以我文档里写错了,纹波20%即K=0.2。

CCM模式下可以选择合适的纹波,纹波与电感量两者需要折中考虑,计算时取K=0.2-0.4。BCM模式下,看波形就可以推导,K是等于2的。

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lishuai110
LV.4
26
2022-10-21 14:22

期待继续更新

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2022-10-21 16:10
@勤劳善良的高
这里有个纹波的定义需要明确一下,纹波是p-p值,所以我文档里写错了,纹波20%即K=0.2。CCM模式下可以选择合适的纹波,纹波与电感量两者需要折中考虑,计算时取K=0.2-0.4。BCM模式下,看波形就可以推导,K是等于2的。

假设纹波电流40%时,即K=0.4,算得电感感量为2.8mH。刚刚我找原厂要了一份Demo资料,Demo输入AC175-265V,输出DC24V/0.5A,电路图与电感参数如截图1、截图2。Demo资料显示电感N1绕组感量为1mH,原厂设计有点特殊,他将电感分为两个绕组,且只测N1绕组的感量(因手上无实物,无法将两个绕组串联起来测实际感量;依经验估摸着两个绕组串联起来感量应该也就1.3mH左右)。我算得感量2.8mH,Demo总感量1.3mH(姑且认为这么多)也能正常工作在CCM模式,感量相差1.5mH,差异为啥那么大,我还有哪个地方没有考虑到啊。求楼主解惑,小弟跪谢。

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2022-10-21 16:12
@lishuai110
期待继续更新

技术上的问题多请教,多交流才能进步地快,也期待你能积极参与讨论。相互学习,相互提高。

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2022-10-22 20:25
@东汉集团
假设纹波电流40%时,即K=0.4,算得电感感量为2.8mH。刚刚我找原厂要了一份Demo资料,Demo输入AC175-265V,输出DC24V/0.5A,电路图与电感参数如截图1、截图2。Demo资料显示电感N1绕组感量为1mH,原厂设计有点特殊,他将电感分为两个绕组,且只测N1绕组的感量(因手上无实物,无法将两个绕组串联起来测实际感量;依经验估摸着两个绕组串联起来感量应该也就1.3mH左右)。我算得感量2.8mH,Demo总感量1.3mH(姑且认为这么多)也能正常工作在CCM模式,感量相差1.5mH,差异为啥那么大,我还有哪个地方没有考虑到啊。求楼主解惑,小弟跪谢。[图片][图片]

第一次看到这样的原理图,T1A不知道什么作用。

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dy-n66BzSV7
LV.6
30
2022-10-23 15:43

需要增加隔离解决方案么

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2022-10-23 16:52
@勤劳善良的高
第一次看到这样的原理图,T1A不知道什么作用。

谢谢楼主回复,我自己再结合你发的资料消化一下。祝楼主工作开心,生活愉快!

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