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小弟第一次做大功率(約1kW)DC/DC電路,求指點~

首先,祝各位壇友新年快樂!

我是一名學生,電子信息工程專業(yè),課程當中與開關電源相關的內容很少。以前做過小功率(不超過80W)的DC/DC電路,這次挑戰(zhàn)了一下1kW級別的開關電源,感覺困難重重啊,希望獲得個位大神的指點!

我的設計主要要求如下:

輸入電壓:DC 53.5V

輸出電壓:DC 5~50V(可調)

最大輸出電流:20A

我先說一下我目前的設計想法,請壇友過目,不妥之處請批評指正:

1.電路框架:TL494+IR2110,開關頻率50kHz,Buck結構,開關管為IRF2807,采用同步整流技術,同步整流的管子也是IRF2807。IR2110可以不使用自舉方式,有獨立電源供電(這個地方比較糾結,怕自舉的驅動能力不夠)

2.電感:PDS130125磁芯(鐵硅鋁,磁導率125,外徑/內徑/高度=33.02/19.94/10.67),使用直徑0.71mm漆包線6股并繞8匝,電感量為6.6μH。

3.反饋電路:電壓反饋,電阻分壓取樣,與調壓信號(范圍0-5V,來自DA變換器)相加后送至TL494。電流反饋,0.01Ω電阻取樣,差分放大后送至TL494。

請問上面這些可以嗎?

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2015-01-05 04:29
DC/DC部分不打算做恒流,那個電流反饋是做過流保護用的
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2015-01-05 07:50
@fqdatiancai
DC/DC部分不打算做恒流,那個電流反饋是做過流保護用的

建議使用UCC28221,交錯BUCK,將輸出信號加一路反相做同步整流,比較容易成功。電壓不高,可考慮使用SOP-8封裝的集成高,低端驅動器,IR很多這樣的驅動器。UCC27211也是,再用3845做一個BUCK輸出15V的輔助電源。呵呵,感覺比較簡單的東西。自己考慮下吧,我推薦的器件不一定是最好的。

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2015-01-05 17:52
@風通過后的今天
建議使用UCC28221,交錯BUCK,將輸出信號加一路反相做同步整流,比較容易成功。電壓不高,可考慮使用SOP-8封裝的集成高,低端驅動器,IR很多這樣的驅動器。UCC27211也是,再用3845做一個BUCK輸出15V的輔助電源。呵呵,感覺比較簡單的東西。自己考慮下吧,我推薦的器件不一定是最好的。
您覺得我的電感設計的合理嗎?
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2015-01-05 20:55
@fqdatiancai
您覺得我的電感設計的合理嗎?

至少494的信號不能直接做同步整流,不知道你要怎么處理這個下管的同步信號。。

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2015-01-05 20:56
@風通過后的今天
至少494的信號不能直接做同步整流,不知道你要怎么處理這個下管的同步信號。。
可以做好原理圖,幫你分析可行性。。
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zhq465
LV.4
7
2015-01-07 10:26

DC DC20A.rar這個是我依照鐘工的電路做的DC24V TO DC12V   20A降壓電路,加風扇可以到30A。494+2110同步整流。按照這個電路已經做過幾個批量,感謝鐘工的同時也奉獻出來供大家參考學習。

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2015-01-08 23:56
@zhq465
DCDC20A.rar這個是我依照鐘工的電路做的DC24VTODC12V  20A降壓電路,加風扇可以到30A。494+2110同步整流。按照這個電路已經做過幾個批量,感謝鐘工的同時也奉獻出來供大家參考學習。[圖片]
您好,您這個電路也是用了N溝道的MOS管做同步整流,這個地方我特別糾結,就是同步整流管的電流方向是反的,也就是從S流入、D流出,請問這樣應用時管子表現(xiàn)怎么樣?發(fā)熱大嗎?
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2015-01-09 02:10
@zhq465
DCDC20A.rar這個是我依照鐘工的電路做的DC24VTODC12V  20A降壓電路,加風扇可以到30A。494+2110同步整流。按照這個電路已經做過幾個批量,感謝鐘工的同時也奉獻出來供大家參考學習。[圖片]
還想問一下,您這個電路,能量的損耗主要在什么地方?
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fqdatiancai
LV.2
10
2015-01-09 02:12
@風通過后的今天
至少494的信號不能直接做同步整流,不知道你要怎么處理這個下管的同步信號。。
是的,494如果是推挽輸出的話,每個輸出端的占空比都不能超過50%了,而我的占空比最大可不止50%。常見的芯片,比如UC384x、SG3525都考慮過,也都是遇到這個問題
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fqdatiancai
LV.2
11
2015-01-09 03:38
@風通過后的今天
可以做好原理圖,幫你分析可行性。。

我畫了一個基本的草圖,請您看一下是否合理:

圖中,U4是TL494,其反饋電路和振蕩電路還沒畫,振蕩頻率50kHz。

U3是CD40106,是一款帶有施密特觸發(fā)器的反相器,用于信號整形與倒相。

U2是CD4050,同相緩沖器,同于平衡由U3A附加的延時。

U1是IR2110,MOS驅動。我沒有設計自舉,計劃由獨立的15-20V電源為開關管柵極供電。

L1是Buck的儲能電感,電感參數(shù)前面有,電感右邊未畫出。

IR2110我是第一次使用,不知道用法對不,還有就是這個糾結的信號倒相部分,不知道死區(qū)應該怎樣產生。另外一個很糾結的問題是,Q2這個管子工作于“反向導通”狀態(tài),電流是從源極流入、漏極流出的,這個地方我還專門問了我的模電老師,他說這樣用管子可以導通,但性能會變壞,要慎用,請問這個管子這么用究竟可不可以?還有我選的管子是耐壓75V的IRFB3607,電路的輸入電壓是53.5V,我覺得Buck電路開關管上應該沒有高于電源的電壓產生吧,75V的管子應該可以吧?

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fqdatiancai
LV.2
12
2015-01-09 03:39
@風通過后的今天
可以做好原理圖,幫你分析可行性。。
圖片點一下可以放大
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fqdatiancai
LV.2
13
2015-01-09 03:48
@風通過后的今天
建議使用UCC28221,交錯BUCK,將輸出信號加一路反相做同步整流,比較容易成功。電壓不高,可考慮使用SOP-8封裝的集成高,低端驅動器,IR很多這樣的驅動器。UCC27211也是,再用3845做一個BUCK輸出15V的輔助電源。呵呵,感覺比較簡單的東西。自己考慮下吧,我推薦的器件不一定是最好的。
交錯并聯(lián)我沒做過,原理我倒是懂,因為這個時間還比較緊,所以不太敢嘗試這個“新技術”。UCC28221這個芯片本地也買不到,淘寶看了一下價格也不便宜啊。封裝體積我倒是不在乎,這是我的畢業(yè)設計,并不是商業(yè)產品,沒必要小型化,不過我真想把這個東西做好,以后留著用。輔助電源那邊打算采用TOP系列的芯片,直接220V做個反激,給這部分電路預留20W的供電功率應該足夠了吧。從53.5V這個電源上取電倒是也可以,這個53.5V電源本身有2.7kW的輸出能力,而我的斬波器大概才只有1kW的功率。
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2015-01-09 09:39
@fqdatiancai
我畫了一個基本的草圖,請您看一下是否合理:[圖片]圖中,U4是TL494,其反饋電路和振蕩電路還沒畫,振蕩頻率50kHz。U3是CD40106,是一款帶有施密特觸發(fā)器的反相器,用于信號整形與倒相。U2是CD4050,同相緩沖器,同于平衡由U3A附加的延時。U1是IR2110,MOS驅動。我沒有設計自舉,計劃由獨立的15-20V電源為開關管柵極供電。L1是Buck的儲能電感,電感參數(shù)前面有,電感右邊未畫出。IR2110我是第一次使用,不知道用法對不,還有就是這個糾結的信號倒相部分,不知道死區(qū)應該怎樣產生。另外一個很糾結的問題是,Q2這個管子工作于“反向導通”狀態(tài),電流是從源極流入、漏極流出的,這個地方我還專門問了我的模電老師,他說這樣用管子可以導通,但性能會變壞,要慎用,請問這個管子這么用究竟可不可以?還有我選的管子是耐壓75V的IRFB3607,電路的輸入電壓是53.5V,我覺得Buck電路開關管上應該沒有高于電源的電壓產生吧,75V的管子應該可以吧?

死區(qū)111

死區(qū)加這個,繼續(xù)完善你的原理圖,我繼續(xù)幫你審核。

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zhq465
LV.4
15
2015-01-09 19:11
@fqdatiancai
您好,您這個電路也是用了N溝道的MOS管做同步整流,這個地方我特別糾結,就是同步整流管的電流方向是反的,也就是從S流入、D流出,請問這樣應用時管子表現(xiàn)怎么樣?發(fā)熱大嗎?
MOSFET導通時相當于一個電阻,發(fā)熱量只與電流的和RDS有關和電流方向無關。BUCK電路的損耗主要集中在開關管和續(xù)流管,把續(xù)流管換成MOS就是為了降低它的損耗。
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fqdatiancai
LV.2
16
2015-01-10 06:25
@風通過后的今天
死區(qū)111死區(qū)加這個,繼續(xù)完善你的原理圖,我繼續(xù)幫你審核。

非常感謝您哦!

今天參考了一下論壇里的死區(qū)時間的電路,在Proteus中搭建了如下的電路(目前手頭沒有這幾種邏輯芯片,所以暫時先用仿真代替了):

U1、U2是CD4081,四2輸入與門

U3是CD40106,帶有施密特觸發(fā)器的反相器,用于信號的整形和倒相

Proteus仿真顯示,在輸入頻率50kHz、峰值15V的方波,R1=R2=22kΩ,C1=C2=47pF時,輸出波形如下:

圖中,綠色線為輸入信號,紅色線、藍色線為輸出信號。

測試時發(fā)現(xiàn)一個問題,就是當我把占空比設置到90%的時候,輸出將變?yōu)橐粭l直線,懷疑與CD4系列芯片的工作頻率過高有關。

目前手頭沒有這幾種芯片,過幾天買幾片實際測試一下,仿真結果是僅供參考的,不能代替實驗。

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2015-01-10 07:51
@fqdatiancai
非常感謝您哦!今天參考了一下論壇里的死區(qū)時間的電路,在Proteus中搭建了如下的電路(目前手頭沒有這幾種邏輯芯片,所以暫時先用仿真代替了):[圖片]U1、U2是CD4081,四2輸入與門U3是CD40106,帶有施密特觸發(fā)器的反相器,用于信號的整形和倒相Proteus仿真顯示,在輸入頻率50kHz、峰值15V的方波,R1=R2=22kΩ,C1=C2=47pF時,輸出波形如下:[圖片]圖中,綠色線為輸入信號,紅色線、藍色線為輸出信號。測試時發(fā)現(xiàn)一個問題,就是當我把占空比設置到90%的時候,輸出將變?yōu)橐粭l直線,懷疑與CD4系列芯片的工作頻率過高有關。目前手頭沒有這幾種芯片,過幾天買幾片實際測試一下,仿真結果是僅供參考的,不能代替實驗。
對,總之就是這個意思,我提供的不是唯一方法,你熟悉哪個就用哪個。還有,在主功率MOS上要并聯(lián)高性能二極管取代MOS的體二極管,
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xzszrs
LV.11
18
2015-01-10 10:02
@fqdatiancai
您好,您這個電路也是用了N溝道的MOS管做同步整流,這個地方我特別糾結,就是同步整流管的電流方向是反的,也就是從S流入、D流出,請問這樣應用時管子表現(xiàn)怎么樣?發(fā)熱大嗎?
你們模電老師搞錯啦!N型MOS反向用性能比正向更優(yōu)越。那是由其結構決定的,其載流能力大大優(yōu)于正向,而且續(xù)流MOS管天生工作在軟開關狀態(tài)沒有開關損耗,你擔心什么?
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fqdatiancai
LV.2
19
2015-01-10 17:45
@xzszrs
你們模電老師搞錯啦!N型MOS反向用性能比正向更優(yōu)越。那是由其結構決定的,其載流能力大大優(yōu)于正向,而且續(xù)流MOS管天生工作在軟開關狀態(tài)沒有開關損耗,你擔心什么?
好吧,我也迷糊了,等過幾天元件到手測試一下吧,毛爺爺說過:實踐是檢驗真理的唯一標準
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2016-01-04 13:15
持續(xù)關注
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2016-01-05 09:55
50A得用多少個2807做同步整流啊....
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xzszrs
LV.11
22
2016-01-05 10:35
@qinzutaim
50A得用多少個2807做同步整流啊....[圖片]
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2016-01-05 13:14
@qinzutaim
50A得用多少個2807做同步整流啊....[圖片]
風冷,兩個應該夠了。---經驗。。。
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oukai001
LV.1
24
2016-07-20 20:14
你好。。我也想做一個DC-DC converter,但是我還是個超級菜鳥。。 你最近的進展怎樣。。完成了沒有
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dy-2FH44nQ7
LV.1
25
2021-03-17 14:25
請問樓主做出來了嗎,想請教幾個問題。
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