該貼是為直播電源中的雙管電源進(jìn)行一些說(shuō)明
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經(jīng)過(guò)2019-07-13號(hào)到14號(hào)，2天20個(gè)小時(shí)的緊張調(diào)試，基本把電源所有功能全部演示了一片，遇到了不少問(wèn)題，基本都一一解決了，這里把遇到的有些問(wèn)題波形以及比較經(jīng)典的波形分享一下，有必要吶，我們把直播的時(shí)候，各個(gè)變壓器的計(jì)算過(guò)程用公式的形式寫(xiě)一篇，直播的時(shí)候我就直接通過(guò)手機(jī)計(jì)數(shù)器就算出了圈數(shù)，有些網(wǎng)友覺(jué)得有些懵逼。
正在測(cè)試的樣機(jī)正面反面，板子上搭載了散熱和風(fēng)機(jī)，適當(dāng)?shù)淖鰝€(gè)外殼就是個(gè)成品電源了哦，只是這個(gè)調(diào)試的時(shí)候，輸入是接的我的限流開(kāi)關(guān)
所以板子上是不能有大電解的，不然炸的時(shí)候聲音還是非常的響，限流開(kāi)關(guān)的輸入則是交流整流濾波以后的脈動(dòng)直流，也非常符合電源本身的板載電解的電壓波動(dòng)情況。
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直接上來(lái)就放大招，該波形是初級(jí)MOS，D級(jí)的電流波形和VDS波形，以及輸出的2個(gè)二極管的尖峰波形，輸入是交流180V，輸出為24V 20A，這個(gè)尖峰你還滿意嗎？前面仿真說(shuō)的長(zhǎng)篇大論就是為了得到下圖的波形哦，就問(wèn)你們帥不帥
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如果說(shuō)上圖的尖峰波形非常的滿意，但是為什么尖峰那么小，我板子上的二極管吸收很弱的，471+22R而已，并沒(méi)有很強(qiáng)的吸收，下圖就非常完美的解釋了，為什么尖峰小，下圖中除了初級(jí)下管MOS的電壓和電流波形以為，還有2個(gè)波形是次級(jí)二極管的電流波形，波形是整個(gè)帖子中的MVP
細(xì)心的朋友可以看出2個(gè)二極管的電流波形他們?cè)趽Q流的時(shí)候速度比較慢，正是因?yàn)檫@個(gè)幾百ns的時(shí)間，讓二極管關(guān)斷的時(shí)候接近于自然關(guān)斷，留給二極管的時(shí)間就非常充裕了，有了下圖的電流波形，你還怕正激電源輸出電壓高，二極管尖峰吸不住嗎？靠吸收來(lái)解決二極管尖峰是不得行的哦！
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改圖是續(xù)流二極管和我們用運(yùn)放搭載的同步驅(qū)動(dòng)信號(hào)的對(duì)比，可以看到次級(jí)續(xù)流二極管在開(kāi)通的時(shí)候是延時(shí)開(kāi)通的，這個(gè)么毛病，但是在關(guān)斷的時(shí)候幾乎是等到電流都下降為0了以后在關(guān)斷的，這個(gè)主要是有2個(gè)原因，第一個(gè)原因是運(yùn)放本身檢測(cè)這些是有一定延時(shí)的，第二個(gè)原因是在互感器的輸出我加了一個(gè)1k+221RC延時(shí)，這個(gè)延時(shí)了200ns左右，所以導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)信號(hào)也跟著延時(shí)了，我們通過(guò)波形觀察可以看到，如果我們把原邊的開(kāi)通信號(hào)作為我們這個(gè)續(xù)流二極管的關(guān)斷信號(hào)是非常合適的！因?yàn)樵贛OS開(kāi)通的時(shí)候二極管的電流還是正的電流，值也比較大，到變成0的時(shí)候還有那么幾百ns的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間留給mos管的關(guān)斷是OK的，但是我們這個(gè)板子上為什么沒(méi)有調(diào)試出來(lái)同步，那是因?yàn)榇蛩悴捎玫耐組OS的體二極管反向恢復(fù)時(shí)間實(shí)在是太慢了！在這么幾百ns的時(shí)間，還有比較大的關(guān)斷尖峰，換肖特基就么有事情了，即使是超快恢復(fù)也沒(méi)有什么尖峰，所以這個(gè)同步對(duì)mos管的體二極管有比較大的影響，這里如果同步的是GAN之類的MOS，那就非常完美了，只是現(xiàn)在GAN芯片的成本比較貴也沒(méi)有200V這樣的低壓的管子，如果有用在這里同步那是非常完美的！
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整流二極管的電流波形和同步如續(xù)流二極管一樣的問(wèn)題，這里不再描述
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這個(gè)波形是調(diào)試到倒數(shù)第二個(gè)項(xiàng)目的時(shí)候，在最高240V交流輸入下，輸出用空開(kāi)迅速短路，在短路的時(shí)候有那么幾十個(gè)周期的波形電流顯示非常的大，我們找了下原因，通過(guò)波形測(cè)得，原邊下管mos的驅(qū)動(dòng)和MOS管D級(jí)的電流以及芯片出來(lái)的源驅(qū)動(dòng)他們4者的關(guān)系。
這里存在的問(wèn)題主要是驅(qū)動(dòng)部分由于關(guān)斷能力比較弱導(dǎo)致MOS管上的電壓不能迅速泄放掉，導(dǎo)致MOS管關(guān)斷延時(shí)了大概400個(gè)ns的時(shí)間，但是就是由于這個(gè)延時(shí)的400NS時(shí)間導(dǎo)致了原邊流過(guò)MOS管的電流大了差不多10A，讓MOS管跑到了25A左右才關(guān)閉的，這個(gè)對(duì)30A的mos來(lái)說(shuō)存在一定的風(fēng)險(xiǎn)！
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既然我們知道了是關(guān)斷延時(shí)造成的，所以后來(lái)我們對(duì)驅(qū)動(dòng)電路改造了以下，去掉了負(fù)壓驅(qū)動(dòng)，MOS的關(guān)斷由三極管來(lái)完成，這個(gè)具體的驅(qū)動(dòng)電路，在我們直播的時(shí)候有說(shuō)過(guò)，仿真文件也已經(jīng)上傳了的，實(shí)際測(cè)試的效果如下圖，MOS管相對(duì)來(lái)說(shuō)由原來(lái)的400NS改為了幾十NS，所以MOS管的關(guān)斷電流也小了差不多10A，只是說(shuō)因?yàn)殛P(guān)斷的太快，mos的DS尖峰稍微有點(diǎn)重震蕩，這個(gè)我們可以在關(guān)斷的三極管串一個(gè)電阻，去調(diào)節(jié)這個(gè)關(guān)斷時(shí)間和我們?cè)贛OS的DS并一個(gè)小一點(diǎn)的RC吸收或者RCD吸收都是可以的，并不是沒(méi)有解決的辦法。
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同時(shí)直播的時(shí)候也對(duì)電路中的反饋進(jìn)行了一些調(diào)節(jié)，對(duì)于影響反饋的幾個(gè)電路也一一進(jìn)行了測(cè)試，這個(gè)是經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的調(diào)試以后，電源輸出電流由0-20A，輸出電壓的跌落情況，要注意輸出的電容量只有3顆100uf的固態(tài)加1顆1000uf的電解，這個(gè)容量非常的小的。
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同時(shí)我們對(duì)輸出滿載瞬間切換到空載的時(shí)候，輸出電壓過(guò)沖的測(cè)試，當(dāng)然也是經(jīng)過(guò)了簡(jiǎn)單的環(huán)路調(diào)試以后的結(jié)果，看上去還是比較滿意的，我相信沒(méi)有PFC的llc電源在這樣的測(cè)試條件下是比較難達(dá)到這樣的效果的。
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最后這個(gè)圖就是電源由恒流狀態(tài)突然切換到空載的時(shí)候電源輸出電壓斜率抑制的波形展示圖，這個(gè)圖就很好的詮釋了，原理圖中輸出電壓斜率抑制那部分電路的作用，在恒流瞬間切換的瞬間，輸出電壓是一定斜率慢慢上升都額定輸出最后由環(huán)路接管，這個(gè)電路的好處就在于可以有效抑制恒流轉(zhuǎn)換為空載條件下，輸出電壓過(guò)沖的問(wèn)題
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上面幾個(gè)圖吶就是在我們直播調(diào)試的時(shí)候，留下的一些個(gè)人感覺(jué)比較經(jīng)典的幾個(gè)波形圖，詳細(xì)的情況，還是需要我們的視頻中才有，前面2天的直播視頻回放已經(jīng)開(kāi)始上傳優(yōu)酷了，明天應(yīng)該就可以把回放鏈接弄出來(lái)了。
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大家對(duì)上面波形有什么想說(shuō)的都可以說(shuō)，效果吶就是上圖
公式吧，這個(gè)在反激和正激一般手機(jī)計(jì)算器就可以了，真的很簡(jiǎn)單。
一：正激的變壓器設(shè)計(jì)
正激變壓器計(jì)算公式：
VIN*D=N*VOUT
上面4個(gè)參數(shù)就不用說(shuō)明了吧，正激輸出是個(gè)buck哈，CCM模式下的buck的公式就是VOUT=VIN*D，只是正激加了個(gè)變壓器，輸入和輸出有個(gè)變比關(guān)系哈。
一般吶，VIN是我們系統(tǒng)的最低輸入電壓，D就取個(gè)0.4（這個(gè)要看芯片的最大占空比哈，一般要留個(gè)7%左右的占空比給丟失的電感）
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就我們直播的那個(gè)機(jī)子，最低220V，輸出24V(1V二極管壓降)，那么算變壓器的變比N=220*0.4/（24+1）=3.52約等于3.5了
有了變比，就可以計(jì)算變壓器的圈數(shù)了，原邊為NP=VIN*D*10000/(F*B*AE)，頻率自己定哈，占空比也是，這里取的是100K和0.4，100K的頻率下，B值跑個(gè)0.18是可以的，取的太高，磁芯發(fā)熱稍微會(huì)嚴(yán)重一點(diǎn)，AE的話就是磁芯的截面積了，我們選的是EC4220，AE在180的樣子，所以NP=220*0.4/（10*0.18*1.8）=27.1圈就等于27圈了，27圈為初級(jí)，如果我們采用三明治繞法，初級(jí)要分成2部分，27最接近的就是14+13了，就是初級(jí)繞完14圈以后，在繞次級(jí)，在繞13圈初級(jí)，因?yàn)殚_(kāi)始繞的時(shí)候骨架上面什么都沒(méi)有，所以次級(jí)的第一級(jí)相對(duì)可以多那么一點(diǎn)。
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有了初級(jí)圈數(shù)，次級(jí)圈數(shù)NS=NP/N，27/3.5=7.7圈，就是等于8圈了，我們反算一下變比，初級(jí)27圈，次級(jí)8圈，變比N=3.375，當(dāng)然變比減少了，意思輸入可以更低的電壓哈，但是相應(yīng)的次級(jí)耐壓就要高一些了，我們算下哈240V交流輸入下輸出二極管的耐壓，240*1.414/3.375=100V，輸出二極管肯定是有尖峰的，但是因?yàn)槲覀兗尤肓穗姼?，尖峰不大，所以?00V的肖特基是么得問(wèn)題的哈！那變比和圈數(shù)基本就是這樣了?；居袀€(gè)快速計(jì)算輸出二極管耐壓的公式，耐壓約等于輸出電壓的6倍左右，例如輸出100v，二極管耐壓在600v左右，一般吶超快恢復(fù)就是在600v以下比較便宜，隨意當(dāng)高于100v輸出的規(guī)格，可以考慮用2個(gè)繞組整流以后串聯(lián)哈，實(shí)現(xiàn)高壓輸出，最近在公司做的380V直流輸出就是用的2個(gè)繞組，一個(gè)190V串，得到380。
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算完了圈數(shù)，那就是線了，要算多粗的線，就得把電流算出來(lái)，我們從輸出入手，輸出端是個(gè)BUCK，輸出電流21A，那么反算次級(jí)線圈的有效值電流IS，因?yàn)榇渭?jí)線圈的電壓是脈動(dòng)的，電流也是脈動(dòng)的哈，接近方波，那么IS=IOUT*根號(hào)下D，IS=21*0.63=13.2A，約等于13A，前面那個(gè)公式怎么來(lái)的，請(qǐng)自行回顧下高中物理，脈動(dòng)方波電流經(jīng)過(guò)一個(gè)電阻的發(fā)熱和有效值電流經(jīng)過(guò)電阻的發(fā)熱公式。那么次級(jí)的有效值電流的出來(lái)了，通過(guò)變比N=3.375，反算初級(jí)的有孝值電流I=IS/N=13/3.375=3.85A，因?yàn)檫€有部分激勵(lì)電流什么的，還有效率的損失，所以初級(jí)電流適當(dāng)?shù)募右稽c(diǎn)，比如0.5A，大概也就是4A左右了，一般吶，像這種功率大一點(diǎn)的電源喜歡用0.1或者0.2的多股線，這里如果電流密度取個(gè)5A，那么一根0.1的漆包線流過(guò)的電流大概是0.039A，0.2的漆包線是0.157A，這樣就好算電流，初級(jí)這邊的話差不多就是0.1*100根的線了，4A有效值，次級(jí)電流用0.2的線，大概就是80根左右了。
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把線算完了以后，還是要看下骨架的寬度，一層能繞多少圈，然后適當(dāng)?shù)募訙p圈數(shù)，那么實(shí)際上那個(gè)EC4220的變壓器，初級(jí)我就用了0.1*110根的線，次級(jí)用的0.2*100的麥拉線，因?yàn)槊考业墓羌軐挾榷嗌儆悬c(diǎn)區(qū)別，所以要注意哈，這里大概就是設(shè)計(jì)一個(gè)正激變壓器的公式和方法了。
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二：輸出續(xù)流電感的電感量計(jì)算
前面我們算了變壓器的圈數(shù)和變比，那么輸出電感的計(jì)算，其實(shí)是有點(diǎn)不同的，因?yàn)檩斎胧且粋€(gè)范圍，那么我們?cè)谧罡咻斎氲臅r(shí)候電感的應(yīng)力是最大的，要保證在那個(gè)時(shí)候輸出的紋波電流還滿足我們的需求，所以首先就是要計(jì)算最大輸入電壓的占空比D=VOUT/(VIN/N)=25/(240*1.414/3.375)=0.25,那么在最高輸入電壓下電感2端的電壓等于（240*1.414/N）-VOUT=100-25=75V，電感2端這個(gè)75V的占空比為0.25，那么電感L=75V*0.25/(F*紋波電流I)，而紋波電流一般我們?nèi)≥敵鲭娏鞯?.3-0.4倍左右，所以紋波電流大致就位6.5-8.5A，那么電感L=75*0.25/(100K*6.5-8.5A)=28.8-22uh了，這里吶直接選取22uh的電感，那么流過(guò)電感的最大峰值電流等于輸出電流IOUT+0.5倍紋波電流，=21+0.5*8.5=25A左右，次級(jí)線圈的峰值也是這個(gè)電流，那么通過(guò)變比反應(yīng)到初級(jí)的電流I=25/3.375=7.4A左右，那么加上0.5-1A左右的激勵(lì)電流，大概就是8-8.5A，我們?nèi)〕跫?jí)的峰值電流點(diǎn)就可以取個(gè)10A左右是比較合適的哈。
具體的電感22uh,多大的磁環(huán)繞多少圈，請(qǐng)看直播回放了，這里不在描述，在那個(gè)磁性元器件設(shè)計(jì)里面的。
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三：輔助的電源反激的計(jì)算公式
反激的計(jì)算相對(duì)正激來(lái)說(shuō)就要簡(jiǎn)單一些了，特么是我們選用的PSR原邊反饋的反激，工作在DCM狀態(tài)的反激就更加尖峰了，工作在DCM狀態(tài)的反激，初級(jí)電流波形是三角波哈，那么初級(jí)峰值電流IPK和輸入的平均電流IDC有關(guān)系IPK=2*IDC/Dmax，而IDC=輸出功率P/(VIN*效率），所以IPK=2*P/(VIN*效率*Dmax)，例如我們最大占空比設(shè)定0.45，頻率我們跑65K，輸出功率大概7-8w，輸入就大概10w左右了，最低輸入100V，那么IPK=10/（45*0.5）=0.444A左右了，初級(jí)電感的話L=VIN*D/(F*IPK)=100*0.45/（65K*0.4444）=1.5mh，
得到了IPK和電感L，選一個(gè)比較合適的磁芯，這里我們選的是5+2+1的EE16磁芯，他這個(gè)磁芯是加厚型的，AE有那么我們就可以算初級(jí)圈數(shù)NP=L*IPK*10000/（B*AE）=15*0.444/（0.25*32）=83圈，然后次級(jí)的變比的話，就是和反射電壓有關(guān)系了，一般的反激電源反射電壓大概就90v左右了，所以變比的話N=反射電壓/輸出電壓，N=90/12.5V=7.2，次級(jí)算數(shù)大致就是NS=83/7.2=11.5圈，越等于12圈
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線徑的計(jì)算就要更具電流來(lái)了，上面已經(jīng)算了Idc的電流，次級(jí)的等比過(guò)去就可以了，但是實(shí)際上，要根據(jù)骨架的寬度，次級(jí)只繞了10圈-11圈的樣子，所以初級(jí)相對(duì)也減低了一點(diǎn)，在77圈，40+37圈的三明治繞法，因?yàn)槌跫?jí)圈數(shù)低了一點(diǎn)，如果還是同樣的電感量的話B值就高了一點(diǎn)，所以我們把電感量減低了一點(diǎn)，大概減低到了1.2mh左右，當(dāng)然縫制的電流有一點(diǎn)點(diǎn)影響，這個(gè)就是實(shí)際調(diào)試的時(shí)候那個(gè)調(diào)節(jié)那個(gè)cs電阻了。
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這主要就是介紹了3大磁性元器件的計(jì)算了，至于像上面互感器啊，驅(qū)動(dòng)變壓器的啊，都大同小異，這里就不做介紹了只是，驅(qū)動(dòng)變壓器的話，我要說(shuō)一點(diǎn)，就是驅(qū)動(dòng)變壓器的繞制方案，有2點(diǎn)要求，第一個(gè)是次級(jí)的驅(qū)動(dòng)線圈建議放2邊，初級(jí)的驅(qū)動(dòng)線圈放中間，這樣的好處是結(jié)電容比較小，耦合也還行。在高壓輸入的時(shí)候，這個(gè)接電容太大，可能會(huì)造成驅(qū)動(dòng)變壓器異常發(fā)熱，你還找不到原因。第二個(gè)就是電感量要有相對(duì)比較大，這個(gè)電感太小的話，一個(gè)是激勵(lì)電流太大，第二個(gè)是造成驅(qū)動(dòng)的上升下降沿相對(duì)比較慢。所以有2個(gè)方案一個(gè)是磁芯采用導(dǎo)磁率比較高的，但是磁芯的居里點(diǎn)耐溫和實(shí)際電感的工作的溫度要注意哈，別環(huán)境溫度太高，把磁芯弄到居里點(diǎn)了，那樣磁芯飽和，是要炸雞的哦。第二個(gè)就是加圈數(shù)了，這個(gè)就要看實(shí)際的骨架寬度和線徑了哈。
電流互感器也是那個(gè)磁芯，電感量和溫度的關(guān)系，要注意一哈
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這里基本就是我設(shè)計(jì)變壓器時(shí)的一些公式和方法了，歡迎留言交流哈
電感量這個(gè)按正常的道理是初級(jí)這個(gè)電感和次級(jí)分壓，但是實(shí)際測(cè)的波形不是那樣的，他只是在開(kāi)通和關(guān)斷mos的時(shí)候有電壓，也就是在次級(jí)換流的時(shí)候動(dòng)作了一下，這個(gè)電感的選取原則是越小，對(duì)本電源的影響越小，但是過(guò)小的電感會(huì)導(dǎo)致電流斜率不夠，次級(jí)二極管尖峰比較高，所以可以給他一個(gè)初步的電感大小比如10-15uh，還有種是比如按丟失的占空比比如5%的占空比，就像我那個(gè)電源按250V輸入的樣子，100K的頻率，丟5%的占空比，250*5%/（F*I），I這個(gè)就是你系統(tǒng)里面的正常最大電流算出來(lái)電感差不多就是12.5uh的樣子，當(dāng)然變壓器的主變比的最大占空比就只能按40%計(jì)算了，不是45%了
所以結(jié)合以上2點(diǎn)，如果還怕的話，可以借助LT仿真軟件核對(duì)下給的參數(shù)，看輸出電壓范圍是否滿足。
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得到了電感L和I，就按電感的計(jì)算公式NP=L*I*10000/(AE*B)，只是這里的B值我一般取的就也是在0.1的樣子，就這個(gè)電源，24v 500w，實(shí)際電感采用的pq2625，0.1*150的線，12圈，15uh，滿載溫度環(huán)境30度，實(shí)際也就是50多度，還比較理想，當(dāng)然在公司做的1200w雙管正激，也是這個(gè)參數(shù)，溫度稍微高一點(diǎn)，主要是輸入電壓范圍高了一倍，總之這個(gè)電感就像反激的RCD吸收一樣，要更具實(shí)際情況去調(diào)整，比如次級(jí)的二極管尖峰，和滿載時(shí)的運(yùn)行溫度等。。。方案大致就是這個(gè)樣子，因?yàn)椴捎貌煌拇判荆愕腂值取的不一樣，結(jié)果可能會(huì)差距非常的大！比如溫度，，，
老板， 續(xù)流管同步延時(shí)后會(huì)不會(huì)炸雞？如果讓同步管超前，延后點(diǎn)關(guān)斷，是會(huì)有什么風(fēng)險(xiǎn)嘛？
最近在考慮同步正激， 傻傻不知。 求指導(dǎo)！
有正激同步IC 推薦嘛？
