LM5176制作5-30V输出50A可调电源(2)

新版PCB到,焊接好外围零件和MOS、电感,加了前后各一个电解,准备测试波形。如果波形OK,那就装上所有零件开始加载。

一阵忙碌后,上12V,输出15.2V  1A,各部分波形正常。VGS波形也直上直下,没有出现米勒平台。驱动电阻是5.1欧姆0805。看来可以装上所有零件了。装电容,背面加锡,装散热片。8颗MOS,两颗一组并联,没用市面上灰白色的那种矽胶片,太厚,0.4mm。用20mm宽的金色高温胶带在散热片上贴一条。胶带厚度0.1mm。厚度对于热传导是很致命的。贴好胶带,MOS背面略涂一层薄薄的导热硅脂。能多薄就多薄。涂好放在胶带上正确的位置,用7字型压板压紧每一颗MOS。事实证明这样的散热效果是在绝缘的前提下非常理想的了。后期热成像的图像显示温度和散热片只相差了5摄氏度。

组装完成后接好电子负载和可调电源,示波器接好在电感前后和输出端。上电,输出OK。慢慢加载,波形如PDF中变化一致。加载到15.2V5A,老化10分钟,用热成像观看有无发热异常。通常有故障、或者设计缺陷的时候,在这样轻载的时候都会发现发热异常的零件。巡视一圈,一切正常。MOS温度35度。环境温度30度。板子上温度最高的是主芯片,55度。个人猜想是因为芯片内部包含了强大的驱动电路。驱动8颗100多A的MOS依然是那么从容。继续加载10A---20A---30A。一切正常。30A的时候,电压依然坚挺在15.2V。输入12V41A。整体效率超过92%。看来电路还是有改进的余地。这时候测量温度,八颗MOS由于在同一块散热片上,温差并不明显,均在65—68度。有个50毫米的12V0.2A小风扇吹着。电感就在散热片后面,温度55度,估计是被散热片烤的。电容几乎没温升,都是环境热辐射导致电容温度在33—38度。距离散热片近的更热一些。主芯片依然是55度没变化。一切都向好的方向发展,看起来很顺利的时候通常都会有个坑在等着。

因为这个拓扑是升降压结构,所以看看升压没问题,就调高了输入电压,一点点调。负载15.2V 电流固定在10A。输入在接近14V的时候,输出电压抖了一下,电感前后的波形有了变化。检测四个臂都有了波形。之前升压的时候只有两个臂是有波形的。证明了主芯片进入了升降压的混合模式。

继续调高输入电压,当达到18V时,进入了降压模式。带载10A的情况下,电感波形很干净,没有畸变。继续提高输入电压,当加到25V时出现了异响,电感波形混乱,正要保存波形的时候芯片挂了。瞬间没有输出。输入没有短路,电流在10毫安附近。断电测量芯片的各个脚对地电阻,没有发现短路,再次上电12V,输出正常。

刚刚的异常情况让我瞬间懵了,芯片正常,零件正常,25V异响?12V却正常?再试一次,大不了再烧几十块钱的事。这次负载调到1A,输入限流到2A。输入电压慢慢上升,跟上一次一样,在14---18V进入混合状态,18V以后变为纯降压模式。到25V还是吱一声保护了。故障了,没有任何零件损坏,只能有两个可能:1. 芯片保护了。2. 外围零件有问题。

首先芯片是可以工作在60V的。PDF是这么说的,至少也能在55V工作。在25V出现问题明显不是保护。我的保护电压范围也设置在10—55V,输入电压检测引脚的电压在范围内,并没有因输入电压过高而保护。所以芯片保护的说法不成立,至少不是过压保护。

其次第二点,实际测量外围无损坏零件,这又让思维陷入怪圈。反复阅读PDF几个小时后,发现了一行小字:在关于C-SLOPE 的计算公式下面有一句话的说明:A smaller slope capacitor results in larger slope signal which is better fornoise immunity in the transition region (VIN~VOUT)翻译了下,大意是这个斜坡补偿电容越大,整个输入输出的电压范围内会越稳定,这只是我的理解,可能并非原意。这个电容计算的是470P,实际安装的是220P的。因为220P能还原电感上的电流波形。而470P就失去了波形的尖峰,变成略软的三角波了。在220P的时候,各处波形都非常OK。

自以为三角波很正,没杂波就OK了。没想到坑在这里。

换上470P的电容,再次测试,果然正常了。从10—35V输入都正常,看来是这个电容的问题。测量C-SLOPE电容上的波形,三角波在小的时候滤的像猫耳朵一样。电流30A的时候波形正常了。是个三角形,看的到角。继续加大输入电压,38V就异响了,但是没停机。估计这个电容还需要加大?以改善输入输出的稳定性?看PDF里的公式,这个电容的确和输入电压的范围有关,但计算很复杂。这个表格也只能参考。于是秉持自己动手丰衣足食的精神,一点点的改动C-SLOPE。不断的加贴39P的电容,最终得到的值是在10---55V输入范围内正常工作的电容量为680P。虽然在轻载的时候波形不再是三角波,但无所谓。看来芯片对电流的检测是很宽容的。

至此,整个输入范围和输出都能满足我的要求。也测试过50A输出,MOS的温度达到了85摄氏度。经过细节的多次改动,整机效率达到了最高94%以上。效率最低的时候是在最高电压输入的时候,52V输入,15.2V输出,50A。效率只有92%以上。

四个臂中,降压时,输入的第一组MOS最热。这组MOS由电容泵供电驱动,驱动VGS电压是6.5V—7V。想再通过增加MOS并联的方式来提高效率恐怕是行不通的。主芯片已经很累了,驱动8颗大电流MOS需要很大力气的。

下一版我打算改为专用芯片+隔离变压器驱动,让主芯片能降低一些温度,工作会更可靠一些。输入和输出电压电流都用差分放大后给单片机做个显示功能。散热片用热管,面板用PCB画一个打样,外壳用个淘宝上购买的小型电脑机箱就OK了。

理想很丰满,现实很骨感。想的太美又掉坑里了。下回再说是什么坑。

续上回。

新的PCB到了。杜绝了前面发现的那些问题。
风道和散热片也有了优化。焊接过程略过,装机后用电子负载测试OK。
输出调为14.8V,然后关机。在负载上接入一只12V20AH电瓶。
再开机,神奇的事情发生了,我的输入可调电源冒烟了。
30V5A的线性可调电源。怎么会冒烟?好郁闷。
但很明显是在我开机瞬间,电源冒烟了。
还好我有四台3005电源,平时可并可串,应用灵活。
节省时间换一台再试,瞬间又挂一台可调电源。
虽然损失两台电源,但问题点就很明显了,出在板子上。
烦人的板子啊,不管了,先冷静下,换个事情做作先。
电源拆开发现是输出部分过压了。输出电容挂了,输出上的其他小零件也挂了几个,但整个辅助电路和显示控制部分完好。
换好电容,反复测试OK,两台可调修复完毕。一个下午就这样过去了。
晚上静下心来想问题的来由:损坏两台电源,肯定是板子出问题了。一步步反推,接电池之后连损两块电源,而之前各种测试都很OK。问题在电池上?难道不能接容性负载?之前测试都是用电子负载的。
......电池、容性负载、为啥电源坏了?被高压损坏?我的DC-DC产生的高压???说出来我自己都不信。
疑惑啊,来反推一次原理图:当输出接入电池的时候,各MOS都处于关闭状态,电感上无电流,输入处咋会产生高压?当开始上电的时候会进入软启动,脉宽是逐渐打开的,电感中电流并不大。但是,突然发现了一个问题:刚开始的时候,由于脉宽逐渐打开,SW2上就没有多少电压。SW2处的电压是低于电池电压的。此时Q7Q8打开了,电池的电倒灌进来。。。。。。然后逆向升压了。。。升了。。。了。。。唉,被电池打败了。
接着有了预防方案,在输入端串入一只6A10二极管,挂上示波器看输入的电压是怎么变化的。
上电瞬间,的确是反向升压了,无论输入电压是低还是高,都是升压。电压会叠加在输入电压上,造成我的可调电源损坏。
咋办捏,想想吧,办法总是有的。输出的Q7Q8两颗MOS更换成二极管,不就一劳永逸了?嗯,牺牲点效率把。去掉MOS,去掉驱动电路。换上60A45V220封装的肖特基,理论上杜绝了逆向升压。
实际还得试试才知道。二极管在高温时候的漏电流还是不小的。再次试机,非常理想。没倒灌。电池负载正在充电。测试的时候,限流电阻用的0.020欧姆,因此输出电流只有2A多。输入电压可以随意在10—50V之间调整。
至此,整个电源调试完毕,也只能用二极管替换Q7Q8了。效率下降很多,但升降压功能是完美实现了。目前正在画下一版。恢复Q7Q8,提高性能,但在初始几秒的时候会屏蔽掉Q7Q8的驱动信号。

这样在初始的几秒,MOS当二极管用,实际上并没有多少损耗。

主要的作用是防止负载为电池的时候,逆向电流形成升压,导致输入部分损坏。

几秒后,再接通驱动。当然,PCB上也给Q7Q8并了一只60A45V肖特基。用于防止突然大电流冲击。MOS的体二极管速度可远不及肖特基。这样处理后就兼顾了效率和安全性。画板子好慢,一点点尺寸都需要推挤。大家需要等个把月了。画好后再来跟大家分享。到时候公布PCB。
声明:本内容为作者独立观点,不代表电子星球立场。未经允许不得转载。授权事宜与稿件投诉,请联系:editor@netbroad.com
觉得内容不错的朋友,别忘了一键三连哦!
赞 3
收藏 6
关注 41
成为作者 赚取收益
全部留言
0/200
  • dy-hBP6LUqp 2020-11-18 14:54
    哈哈哈,想知道是什么坑,期待下一篇文章
    回复 1条回复