高功率密度DC-DC隔离电源的设计5V20A

预计设计一款外尺寸是50.8*50.8*12.7mm的电源。功率上,准备挑战100W,仅仅是挑战,能不能成不一定,重要的去折腾,去经历,去总结经验。这次折腾肯定是边调试边修改中度过,欢迎和我一样爱折腾的兄弟,一起来探讨成败的前因后果。

这个电源输入是18--36VDC,输出5V 20A ,高度并不高,所以需要用到平面变压器。这里有点小难度,打样一个16层板的平面变压器线圈,费用大约是两千多块。思考了好几天,决定分成两块一模一样的8层板来做。这样也就花费一千多块就够了。

电路设计用 UC2843 来做,次级用 UCC24610 做同步整流。初级和次级的MOS管都用贴片封装的。手头有5*6封装的80V MOS。粗略计算了下,初级和次级都可以用这颗MOS。也省的去再买新料了,省点钱先。

粗略估算了一下成本:

磁芯选用TDK的 ELP22  材质是PC95.网上买来2块钱一副。没有打字,但是有配套的卡扣,可以不用胶带,这样裸着对散热还有好处。这个磁芯的AE比较大,80个平方毫米,频率选择在145K。选这个频率的目的只有一个,那就是次级可以只要一匝。初级3匝。辅助绕组2匝。匝数越少,变压器走线越方便。

先画变压器去,这里说下,多层板的变压器,出于经济方面的考虑,不要画盲孔。尽量利用半边画成通孔。做盲孔的成本要高大约30--100%。对于自己玩玩来说还是太奢侈了。所以我并不会直接画一个8层的变压器PCB。而是先做一个模型。来验证小信号,和漏感、气隙等其他参数。

下一楼会用不到一百块来做这个能工作的变压器模型。只有平面变压器PCB成本的1/20哦,可以看到窗口高度是3.2毫米。

这里开始讲如何用100块成本来做到接近2000块打样费的平面变压器:

  1. 窗口的高度是关键,因为这关系到我的下一步工作
  2. 柔性PCB可以做到0.2毫米的厚度,这正好是个优势,假设,我画几个不同的线圈,初级3匝,次级1匝,这就是两个PCB。画在一个板上,一起打样,也不会超过100块的
  3. 回来再拆开,堆叠,自制一个多层PCB模型

我做过0.2mm基板的PCB,铜厚是2盎司,板子的总厚度达到了0.36mm 算上中间的绝缘胶纸,粗略可以当0.4mm来计算。窗口刚好可以放下8片。刚好可以依次放 P S P  S P S P 。四层NP穿插三层NS。剩下一丁点空间留给胶带吧,不能太满了。辅助绕组就随便用铜丝在空隙处绕2匝就OK。当然,这样做出来的PCB打样价格会超过200块,因为铜厚加价了。我们就做普通的0.5盎司标准工艺就OK。毕竟只是验证,不用考虑工艺。我只要波形就好。

验证好了绕法和工艺,再去花一千多打样8层板的PCB绕组也不迟。不知道各位还有没有更好的做平面变压器的方法。我经验不足,这是我能想到的对我来说最划算的方法了。

PCB先画出了铝基板的底板:

功率部分是发热大户。所以先整一块铝基板来搞。T01是变压器。因为不考虑耐压,因此直接可以脱胎绕制,普通的漆包线起码能扛得起1000VDC直流耐压。

变压器四个抽头:1234号,分别是1-2初级  3-4次级。 变压器左上角的V+ V- 则是给芯片供电的绕组。为了方便,各绕组用+和-来代表同名端。这里大量使用了贴片零件。科技的进步,使我们可以有更小体积的零件。

在90年代,或许和都只是科幻场景,那时候一个47uf/50V的电解尺寸大概是8*10mm的圆柱体。现在则用一个0805封装的贴片电容就能达到同样容量。不过,为了购买和焊接方便,我对C01采用了1206封装47uf/50V。

下方6颗MOS都是 美国万代的AON6280,5*6封装。初级和次级都是三颗并联,次级是同步整流。所有MOS管的驱动都通过一根8毫米高度的针脚连接到驱动板。驱动板计划装在上方,所有零件都用贴片,不用插件。图中紫色条是预装铜条的地方。用来增强PCB的过流能力,减少铜箔的损耗。次级C3---C8均为6.3V330uf 的贴片电容,封装都是1210。

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  • 好学2019 2023-01-30 19:53
    666,期待更新
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  • 杨880116 2020-12-09 15:13
    期待继续
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  • 欧德才太郎 2020-11-01 22:05
    期待继续
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  • 星球居民-e6kAxsbs 2020-10-18 12:21
    挺牛的,多出点文章,期待大作????????
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