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【设计大赛】用三极管做 dc-dc Buck

参赛类型:开关电源

用三极管做一款dc-dc Buck 线路,比较适合初学者 DIY。有兴趣的朋友可以动手搭一下玩玩 ~ 线路简单,成本也很低。 
初初搭这个电路的时候,没有想到输出能带1A的负载。而且,不论带载能力,还是效率都比MC34063要高。空载时的输入电流极低,只有不到0.5mA。似乎很少有 IC 能做到这么低。
这个线路的不足是输出电压的负载调整率差一些,看看有没有什么办法改进一下 ~
Input = 12V
Output = 5.2V / 1A

21帖和25帖中,有工作原理介绍~


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zhaisiqi
LV.3
2
2012-05-01 17:48
上图
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zq2007
LV.11
3
2012-05-01 20:36
@zhaisiqi
上图
隔离还是非隔离?期待。
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mko145
LV.8
4
2012-05-01 20:36
@zhaisiqi
上图

本来想用5V6的稳压管,手上没有。只能用6V2的将就了,电压偏高一些。

  

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2012-05-02 08:19

楼主,五一都不休息哈!

加油,期待你的作品哦!

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mko145
LV.8
6
2012-05-02 12:24
@笨小孩1114
楼主,五一都不休息哈!加油,期待你的作品哦!

简单测试了一些数据, 实际输入电压在 12.5V 左右

输出电流

0

50mA

100mA

200mA

500mA

800mA

1000mA

输出电压

5.62V

5.47V

5.44V

5.40V

5.27V

5.24V

5.11V

效率

N/A

81.90%

84.20%

85.80%

82.90%

83.90%

83.00%

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小邝
LV.5
7
2012-05-02 23:15

学习了。多谢楼主分享

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fjsh2188
LV.5
8
2012-05-03 09:33
@mko145
简单测试了一些数据,实际输入电压在12.5V左右输出电流050mA100mA200mA500mA800mA1000mA输出电压5.62V5.47V5.44V5.40V5.27V5.24V5.11V效率N/A81.90%84.20%85.80%82.90%83.90%83.00%
嘿,效率不错唉。精度也还行。
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grtang
LV.7
9
2012-05-03 10:04
@mko145
简单测试了一些数据,实际输入电压在12.5V左右输出电流050mA100mA200mA500mA800mA1000mA输出电压5.62V5.47V5.44V5.40V5.27V5.24V5.11V效率N/A81.90%84.20%85.80%82.90%83.90%83.00%
输出纹波和工作频率是多少,
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mko145
LV.8
10
2012-05-03 12:14
@grtang
输出纹波和工作频率是多少,

频率会根据输出电流而变化,纹波大概200mVp-p左右。waveform 不太漂亮 ~ 

    


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zq2007
LV.11
11
2012-05-03 13:25
@mko145
本来想用5V6的稳压管,手上没有。只能用6V2的将就了,电压偏高一些。[图片]  
这个原理图大家看出什么问题了吗?
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mko145
LV.8
12
2012-05-03 20:54
@zq2007
这个原理图大家看出什么问题了吗?
请指教 ~
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lvyuanpu
LV.5
13
2012-05-03 23:03
@zq2007
这个原理图大家看出什么问题了吗?

感觉像个线性稳压电路,虽然加了个电感。

没怎么看懂,还请大神给予指导

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grtang
LV.7
14
2012-05-04 09:51
@mko145
频率会根据输出电流而变化,纹波大概200mVp-p左右。waveform不太漂亮~ [图片] [图片] [图片] [图片] 
第三个图,中间一个细脉冲,何解?
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107535230
LV.1
15
2012-05-04 11:07

如果这个6.2V的稳压管开路会有什么后果,之前也用过一个NPN+稳压管的,带小负载用过,但是稳压管开路,后端电压与收入电压差不多.造成后端负载烧毁.

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mko145
LV.8
16
2012-05-04 11:44
@107535230
如果这个6.2V的稳压管开路会有什么后果,之前也用过一个NPN+稳压管的,带小负载用过,但是稳压管开路,后端电压与收入电压差不多.造成后端负载烧毁.
如果稳压管开路, 大概会有你说的那种情况发生 ~ 
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mko145
LV.8
17
2012-05-04 18:46
@grtang
第三个图,中间一个细脉冲,何解?
这个问题不是太好解释,还没想清楚。
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gaohq
LV.8
18
2012-05-04 19:09
@zq2007
这个原理图大家看出什么问题了吗?
不能启动
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PQ2620
LV.4
19
2012-05-04 20:59

负载调整率可以把6V2换成tl431做动态调整,

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mko145
LV.8
20
2012-05-04 22:44
@PQ2620
负载调整率可以把6V2换成tl431做动态调整,

负载调整率比较差也并不一定完全是因为稳压管的电压不够稳定。请参看负载 500mA 时的 waveform, 其中黄色线为输出电压,蓝色为 Q2 的 Vb。从图上看 Vbe 有大概 0.8V ,而不是 0.6 ~0.7V . 也就是说输出电压的变化有可能是 Vbe 的变化导致的 ~ 由于手上只有 500mA 的 waveform,没有办法比较。

  

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mko145
LV.8
21
2012-05-05 16:08

有的朋友可能不是很清楚这个线路的工作原理,来简单介绍一下。不一定对,欢迎大家批评指正 ~

一 Q1导通的时候:

(1)L1上的电流增加,同时输出的电压也升高。此时Q2导通,为Q1提供足够的基极电流。

(2)随着输出电压的升高,Q2的 Vbe逐渐下降(Vb点的电压由于稳压管D2的存在不能超过6V2), Q2 的Ice(也就是Q1的Ib)也随之下降。

(3)当Q1的Ib减小到不足以使Q1完全导通的时候,Vce变大。A点的电压下降一点点。这一点点的电压下降使得电容C2放电,放电方向如图所示。

(4)C2的放电使得Q2的基极电压Vb下降,Ice随之减少。Q1的导通进一步变差,A点的电压也进一步下降。

(5)如此的反馈导致Q1,Q2迅速关断,A点电压下降到0V附近。由于C2的放电,把Q2的基极电压Vb拉低1-2V。 图中绿色为A点电压,红色为Q2的Vb,蓝色为电感上的电流。

  

   

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PQ2620
LV.4
22
2012-05-05 16:53
@mko145
负载调整率比较差也并不一定完全是因为稳压管的电压不够稳定。请参看负载500mA时的waveform,其中黄色线为输出电压,蓝色为Q2的Vb。从图上看Vbe有大概0.8V,而不是0.6~0.7V.也就是说输出电压的变化有可能是Vbe的变化导致的~由于手上只有500mA的waveform,没有办法比较。[图片]  
负载调整率是有VBE的关系。那也是带到500MA就要下降0.8V了,如果你在带到1A就会下降更多了,因为你的VB固定了在6.2V,那么你空载载时就输出6.2V,由于PN结有0.6-0.7V的压降差,那么带上一定的负载就会下降0.6-0.7,带再高的负载输出电压在不变下,输出功率不变下,负载加大,那么电压就会下来了,P=UI,总P不变时I增大那么U自然就下来,如果加入TL431做动态调整,那么U=P/I,比如动态调整率达到100%,即U不变,那么I增大,P就会增大,所以想启用三极管的最大功率就要加入动态调整率。
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mjun
LV.7
23
2012-05-05 17:48
@mko145
有的朋友可能不是很清楚这个线路的工作原理,来简单介绍一下。不一定对,欢迎大家批评指正~一Q1导通的时候:(1)L1上的电流增加,同时输出的电压也升高。此时Q2导通,为Q1提供足够的基极电流。(2)随着输出电压的升高,Q2的Vbe逐渐下降(Vb点的电压由于稳压管D2的存在不能超过6V2),Q2的Ice(也就是Q1的Ib)也随之下降。(3)当Q1的Ib减小到不足以使Q1完全导通的时候,Vce变大。A点的电压下降一点点。这一点点的电压下降使得电容C2放电,放电方向如图所示。(4)C2的放电使得Q2的基极电压Vb下降,Ice随之减少。Q1的导通进一步变差,A点的电压也进一步下降。(5)如此的反馈导致Q1,Q2迅速关断,A点电压下降到0V附近。由于C2的放电,把Q2的基极电压Vb拉低1-2V。图中绿色为A点电压,红色为Q2的Vb,蓝色为电感上的电流。[图片]   [图片]  
恩,这个电路不错!!
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2012-05-05 20:40
@mko145
有的朋友可能不是很清楚这个线路的工作原理,来简单介绍一下。不一定对,欢迎大家批评指正~一Q1导通的时候:(1)L1上的电流增加,同时输出的电压也升高。此时Q2导通,为Q1提供足够的基极电流。(2)随着输出电压的升高,Q2的Vbe逐渐下降(Vb点的电压由于稳压管D2的存在不能超过6V2),Q2的Ice(也就是Q1的Ib)也随之下降。(3)当Q1的Ib减小到不足以使Q1完全导通的时候,Vce变大。A点的电压下降一点点。这一点点的电压下降使得电容C2放电,放电方向如图所示。(4)C2的放电使得Q2的基极电压Vb下降,Ice随之减少。Q1的导通进一步变差,A点的电压也进一步下降。(5)如此的反馈导致Q1,Q2迅速关断,A点电压下降到0V附近。由于C2的放电,把Q2的基极电压Vb拉低1-2V。图中绿色为A点电压,红色为Q2的Vb,蓝色为电感上的电流。[图片]   [图片]  

自激式振荡,工作频率和脉宽都随负载而变

是个很不错的低成本电路,严重适合山寨化产品,呵呵

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mko145
LV.8
25
2012-05-05 22:09
二 Q1关断的时候
(1)L1上的电流经续流二极管D1继续为负载供电。其电流逐渐减小,输出端的电压也随之下降。
(2)Q2处于关闭状态。Q2的Vb此时不到5V。Vb电压不断升高,上升的速度取决于R4,C3和C2。实际上是输入电压Vin,通过R4对C3和C2充电。参看21帖中红色的波形。
(3)当Vb升高到一定的电压(大约6V左右,尚未达到6V2,此时的负载电压已经降低了0.1-0.2V),Vbe已经达到 0.6~0.7V。Q2开始导通一点点。Q1随即也开始导通。A点的电压有所上升。
(4)A点的电压上升使得C2上产生电流。电流方向如图所示。该电流加速了Q2的导通,也进一步促使Q1导通,A点电压进一步升高。
(5)此反馈效应致使 Q1,Q2迅速导通,L1上的电流开始增加,(此时Q2的Vb与负载电压一起上升,Q2保持导通)。之后重复21帖中的过程 ~ 
  
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mko145
LV.8
26
2012-05-05 23:25
@PQ2620
负载调整率是有VBE的关系。那也是带到500MA就要下降0.8V了,如果你在带到1A就会下降更多了,因为你的VB固定了在6.2V,那么你空载载时就输出6.2V,由于PN结有0.6-0.7V的压降差,那么带上一定的负载就会下降0.6-0.7,带再高的负载输出电压在不变下,输出功率不变下,负载加大,那么电压就会下来了,P=UI,总P不变时I增大那么U自然就下来,如果加入TL431做动态调整,那么U=P/I,比如动态调整率达到100%,即U不变,那么I增大,P就会增大,所以想启用三极管的最大功率就要加入动态调整率。
不好意思,之前没有注意到你讲的“动态调整”。如果用TL431做成可变的稳压管来做负载调整的话,理论上应该是可以的。
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larry98012
LV.10
27
2012-05-06 08:49
@mko145
二Q1关断的时候(1)L1上的电流经续流二极管D1继续为负载供电。其电流逐渐减小,输出端的电压也随之下降。(2)Q2处于关闭状态。Q2的Vb此时不到5V。Vb电压不断升高,上升的速度取决于R4,C3和C2。实际上是输入电压Vin,通过R4对C3和C2充电。参看21帖中红色的波形。(3)当Vb升高到一定的电压(大约6V左右,尚未达到6V2,此时的负载电压已经降低了0.1-0.2V),Vbe已经达到0.6~0.7V。Q2开始导通一点点。Q1随即也开始导通。A点的电压有所上升。(4)A点的电压上升使得C2上产生电流。电流方向如图所示。该电流加速了Q2的导通,也进一步促使Q1导通,A点电压进一步升高。(5)此反馈效应致使Q1,Q2迅速导通,L1上的电流开始增加,(此时Q2的Vb与负载电压一起上升,Q2保持导通)。之后重复21帖中的过程~ [图片]  
三极管对管恒流,成本也是比较低的,但可靠不知如何!!
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mko145
LV.8
28
2012-05-06 21:53

回答一下 grtang在14帖中提出的问题 - 为什么在 500mA 负载电流的开关波形中有一个细脉冲。不知道解释的是否对,欢迎大家一起讨论 ~  

通过用示波器观察,发现在细脉冲出现的时候Q2的基极电压 Vb 在 Q1导通后有一个小的下降。 (图中蓝色为 Q2的基极电压 Vb, 黄色为 A点波形)

 

放大来看 ~ 这个电压下降的幅度不小于 0.1V 。 而后面正常导通时的波形没有这个Vb电压的下降。

  

 

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mko145
LV.8
29
2012-05-06 22:47
进一步用示波器观察,发现输入端(B点)的电压跟随输入电流的变化会有超过0.5V的压降。这个压降是由于输入线和鳄鱼夹的接触电阻导致的。
当细脉冲出现的时候,Q2的基极电压Vb上升到刚刚可以使管子导通,Q1随即打开,这时候输入电压(B点电压)瞬间下降了0.2~0.25V。这使得Q2的基极电压也出现了一个小小的下降(此时Vb的电压不到 6V2,稳压管不起作用)。从而导致了刚刚开启的Q2又关闭,Q1也跟着关闭,Q2的基极电压再次被拖低。于是只出现了一个很细的脉冲,Q1没能正常的打开。
 
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mko145
LV.8
30
2012-05-06 23:24
说到这里,我们会有一个问题 - 为什么当 Q2的基极电压 Vb第一次上升到大概 6V的时候,只让Q1导通了一下,产生了一个很细的脉冲。而当第二次上升后却能将 Q1彻底打开呢? 这个问题着实让我伤了半天脑筋。后来发现所有的条件都一样,唯独L1上的电流在这两个时间点不同。
根据输入电压,Q1导通时间和 L1的电感量可以计算出,L1上电流的峰值能达到800-900mA。
1.第一次细脉冲出现的时候,电感L1上的电流大概下降到 400mA左右。由于电感上的电流不能突变,所以当 Q1导通的时候,Q1上流过的电流瞬间达到 400mA。这个电流使得输入电压马上被拉低了 0.2~0.25V。
2.而当细脉冲过后,电感 L1上的电流继续下降。等到 Q2的 Vb再次上升到一定高度,能够打开Q2时,L1上的电流已经很小了(大概不到100mA)。此时Q1导通后,流经Q1的输入电流几乎是由 0开始上升。输入电压瞬间没有明显的下降。于是,这次Q2的基极电压 Vb得以继续上升,Q1成功的打开并保持住了 ~
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2012-05-07 11:36
@mko145
这个问题不是太好解释,还没想清楚。

大小波,环路参数有问题

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