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制作一個簡易大功率DC-DC 升壓、降壓“電感”?。

這兩天為平板電腦買了一個無線3G路由器,一個3Gusb上網(wǎng)卡,兩個設(shè)備同時使用電流1安,5V.首先在淘寶網(wǎng)絡(luò)搜索一下,發(fā)現(xiàn)3v轉(zhuǎn)5V1安的成品板不少,但看到很多人評論也就輸出500毫安左右,達不到要求,買個大功率的稍微貴,手上有2.5元一片的LM2576 ADJ  輸入7-40V 輸出5-38V,穩(wěn)定工作2安電流。

如是按網(wǎng)絡(luò)搜索圖紙進行搭焊(純屬亂搭,沒有什么排線要求,什么粗不粗線都是可以不考慮,因為降壓電路,且在這里輸入功率不大),2節(jié)18680鋰電池串聯(lián)供電7.4V,可換了環(huán)行電感,工字型電感,EE型電感,反復(fù)用電感表測試調(diào)整到30-300Uh,均沒有達到功率輸出要求,帶載1.5A 下降到3V左右,用2節(jié)串聯(lián)電池在串聯(lián)2個1n4007對路由器+USB 3G網(wǎng)絡(luò)卡供電,雖然正常,但由于電壓下降,導(dǎo)致工作時間很短,情急之中,直接用兩節(jié)鋰電池對設(shè)備供電,瞬間USB 網(wǎng)卡升天,白白燒掉170元3G上網(wǎng)卡。

最后想來想去,去中關(guān)村買個100-300uh的罐型功率電感吧,又不想動身去,突然想起了做開關(guān)電源的時候,不是磁芯中間柱子有一邊磨掉了0.25毫米的氣隙嗎,立即找到EE19磁性,將一邊E字型中間柱用打磨機隨便打掉一點點,和另外一邊合起來看到有點縫隙就行,也可以用磨刀石手工磨,銼刀也行(但用菜刀砍是不行的,畢竟不是木頭),然后取個0.51漆包線(線也沒有什么要求,小線就雙線并繞)亂繞50圈,結(jié)果測量電感為150Uh左右,后來實際證明30-300圈內(nèi)亂繞基本都成功的,只是轉(zhuǎn)換效率有所變化。EE19磁性也可以用廢舊的日光燈電子變壓器里面的磁性,重要的是磨點縫隙出來,以免磁飽和導(dǎo)致功率提升不上來。

電感的確非常重要,但LM2576,另外一個重要環(huán)節(jié)是模塊輸入端必須接必須接上100UF以上的 電解電容,否則帶載能力弱,而我在整個制作過程中由于比較心急,將輸入電容正極搭到正電源上,而負極居然搭錯了地方,搭到LM2576的第二腳上面去了,而不是接地。這樣輸入電容失效也是負載能力弱的另外一個原因。

實測,黃白,黃綠,藍綠,綠色磁環(huán)工作在較大功率時候均發(fā)強熱,但EE19中間磨掉一些,制作一個氣縫隙后不容易磁飽和,這樣幾乎發(fā)熱量十分低,實驗時候值得參考。工字型電感也不容易發(fā)強熱,但漏感叫大。



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s70008
LV.5
2
2011-10-09 13:12

另外提供一個簡單測試LM2567芯片是否損壞的方法,尤其適合在亂搭后不工作時候測試好壞。

一;取下芯片,字符面對正自己,數(shù)字萬用表,黑表筆接第一腳,紅表筆按順序從第5腳測到第二腳,應(yīng)為無窮、無窮、548、530

二:紅表筆接第一腳,黑表筆按順序從第5腳測到第二腳,應(yīng)為1458、無窮大、1235、1764(注意有些數(shù)字表測試不出1V以上的壓降,這樣上面的1458,1235,1764會顯示無窮大)

以上測試模塊管腳壓降會有少許偏差,屬于正常。


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s70008
LV.5
3
2011-12-18 08:42
@s70008
另外提供一個簡單測試LM2567芯片是否損壞的方法,尤其適合在亂搭后不工作時候測試好壞。一;取下芯片,字符面對正自己,數(shù)字萬用表,黑表筆接第一腳,紅表筆按順序從第5腳測到第二腳,應(yīng)為無窮、無窮、548、530二:紅表筆接第一腳,黑表筆按順序從第5腳測到第二腳,應(yīng)為1458、無窮大、1235、1764(注意有些數(shù)字表測試不出1V以上的壓降,這樣上面的1458,1235,1764會顯示無窮大)以上測試模塊管腳壓降會有少許偏差,屬于正常。

實測黃白、藍綠、綠色磁環(huán),以及鐵氧體黑色磁環(huán)都沒有下面這個鐵硅鋁磁環(huán)好。

美磁的KOOL MU(鐵硅鋁)磁粉芯為分布式氣隙磁芯,由鐵基合金粉末制成,在高頻下具低損耗特性。幾近為零的磁致伸縮系數(shù)使得KOOL MU磁粉芯成為消除濾波電感器中高頻噪聲的最佳選擇。在高頻應(yīng)用中,鐵粉芯產(chǎn)生的磁芯損耗是造成不良溫升的主要原因,而KOOL MU磁粉芯的損耗很低,高頻使用時性能優(yōu)越,溫升相對也很低。相對于鐵粉芯,KOOL MU磁粉芯尺寸更為小巧,效率也更高。


 

77050-a7(外徑12.7毫米)  77930-a7(外徑23毫米) 鐵硅鋁磁環(huán)


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s70008
LV.5
4
2011-12-18 08:52
@s70008
實測黃白、藍綠、綠色磁環(huán),以及鐵氧體黑色磁環(huán)都沒有下面這個鐵硅鋁磁環(huán)好。美磁的KOOLMU(鐵硅鋁)磁粉芯為分布式氣隙磁芯,由鐵基合金粉末制成,在高頻下具低損耗特性。幾近為零的磁致伸縮系數(shù)使得KOOLMU磁粉芯成為消除濾波電感器中高頻噪聲的最佳選擇。在高頻應(yīng)用中,鐵粉芯產(chǎn)生的磁芯損耗是造成不良溫升的主要原因,而KOOLMU磁粉芯的損耗很低,高頻使用時性能優(yōu)越,溫升相對也很低。相對于鐵粉芯,KOOLMU磁粉芯尺寸更為小巧,效率也更高。[圖片] 77050-a7(外徑12.7毫米) 77930-a7(外徑23毫米)鐵硅鋁磁環(huán)

尺寸規(guī)格13*8*5,導(dǎo)磁率125

鐵硅鋁磁環(huán)(Sendust Cores) 特點:比鐵粉芯損耗更低;
良好的DC偏流特性;成本處于鐵粉芯和鐵鎳鉬之間。 材質(zhì)導(dǎo)
磁率(μ)分別有:26、60、75、90、125 鐵硅鋁的標準色為黑
色; 鐵硅鋁磁環(huán)的規(guī)格標識依不同...鐵硅鋁磁粉芯適用于各種濾波電路及諧振回路的電感磁芯、扼流圈及小功率變壓器磁芯。具體產(chǎn)品是用于計算機開關(guān)電源濾波電感器、程控電話交換機開關(guān)電源濾波器、變頻控制設(shè)備的諧振回路電感器。 技術(shù)創(chuàng)新在于選用優(yōu)質(zhì)鐵硅鋁合金粉末添加少量納米級合金粉配成合適的料度組成及先進的粘結(jié)技術(shù)(高分子材
料包覆、鈍化),模壓成型,在氮氣保護下進行磁性處理,使產(chǎn)品電磁性能達到規(guī)定的要求在工藝上使產(chǎn)品的一致性達到良好,保證磁體在10 kHZ?100kHZ頻率電磁性能穩(wěn)定,交直流疊加性能和磁芯損

耗均達到國外先進水平。 主要技術(shù)性能指標: 1、10kHZ有效磁導(dǎo)率
: ue=125+8%,ue=90+8%,ue=60+8%. 2、有效品質(zhì)因數(shù)Qe在10kHZ時
不小于15。實際Q值達到大于等于17 3、產(chǎn)品表面涂層后,最小介電質(zhì)
強度大于600V。實際達到大于等于600V。 4、耐高、低溫(-40?80℃)
試驗后,有效磁導(dǎo)率溫度系數(shù) ue=125不大于250ppm/℃,實際達到小于
等于250ppm/℃ ue=90不大于280ppm/℃,實際達到小于等于280ppm/℃
   ue=60不大于350ppm/℃,實際達到小于等于280ppm/℃ 5、表面質(zhì)量平整、光滑

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s70008
LV.5
5
2011-12-18 10:12
@s70008
尺寸規(guī)格13*8*5,導(dǎo)磁率125鐵硅鋁磁環(huán)(SendustCores)特點:比鐵粉芯損耗更低;良好的DC偏流特性;成本處于鐵粉芯和鐵鎳鉬之間。材質(zhì)導(dǎo)磁率(μ)分別有:26、60、75、90、125鐵硅鋁的標準色為黑色;鐵硅鋁磁環(huán)的規(guī)格標識依不同...鐵硅鋁磁粉芯適用于各種濾波電路及諧振回路的電感磁芯、扼流圈及小功率變壓器磁芯。具體產(chǎn)品是用于計算機開關(guān)電源濾波電感器、程控電話交換機開關(guān)電源濾波器、變頻控制設(shè)備的諧振回路電感器。技術(shù)創(chuàng)新在于選用優(yōu)質(zhì)鐵硅鋁合金粉末添加少量納米級合金粉配成合適的料度組成及先進的粘結(jié)技術(shù)(高分子材料包覆、鈍化),模壓成型,在氮氣保護下進行磁性處理,使產(chǎn)品電磁性能達到規(guī)定的要求在工藝上使產(chǎn)品的一致性達到良好,保證磁體在10kHZ?100kHZ頻率電磁性能穩(wěn)定,交直流疊加性能和磁芯損耗均達到國外先進水平。主要技術(shù)性能指標:1、10kHZ有效磁導(dǎo)率:ue=125+8%,ue=90+8%,ue=60+8%.2、有效品質(zhì)因數(shù)Qe在10kHZ時不小于15。實際Q值達到大于等于173、產(chǎn)品表面涂層后,最小介電質(zhì)強度大于600V。實際達到大于等于600V。4、耐高、低溫(-40?80℃)試驗后,有效磁導(dǎo)率溫度系數(shù)ue=125不大于250ppm/℃,實際達到小于等于250ppm/℃ue=90不大于280ppm/℃,實際達到小于等于280ppm/℃  ue=60不大于350ppm/℃,實際達到小于等于280ppm/℃5、表面質(zhì)量平整、光滑
轉(zhuǎn)貼:升壓電感的磁芯,我們可以有多種選擇:磁粉芯、鐵氧體磁芯、開了氣隙的非晶/微晶合金磁芯。這幾種磁芯是各有優(yōu)缺點,
磁粉芯的優(yōu)點是,μ值低,所以不用額外再開氣隙了。氣隙平均,漏磁小,電磁干擾比較低,不易飽和。缺點是,基本是環(huán)形的,繞線比較困難,不過目前市場上也出現(xiàn)了EE型的。另外,μ值隨磁場強度的增加會下降。設(shè)計的時候需要反復(fù)迭代計算。
鐵氧體磁芯的優(yōu)點是損耗小,規(guī)格多,價格便宜,開了氣隙后,磁導(dǎo)率穩(wěn)定。缺點是需要開氣隙,另外飽和點比較低,耐直流偏磁能力比較差。
非晶/微晶合金的優(yōu)點是飽和點高,開氣隙后,磁導(dǎo)率穩(wěn)定。同樣缺點是需要開氣隙。另外,大都是環(huán)狀的。
在此說明一下,環(huán)形鐵芯雖然繞線比較困難,沒有E型什么帶骨架的那種容易繞。但是環(huán)形鐵芯繞出來的電感分布電容小,對將來處理電磁兼容帶來了很多便利之處。E型的骨架繞線一般都是繞好幾層,那么層間電容比較大,對EMC產(chǎn)生不利影響。另外,開氣隙的鐵芯,在氣隙處,銅損會變大。因為氣隙處的漏磁在銅線上產(chǎn)生渦流損耗。
下面我們就選擇一種環(huán)形磁粉芯來作為我們PFC電感的磁芯。我們上面已經(jīng)計算出了幾個參數(shù):
輸入電流最大有效值Iinrmsmax=Pin/Umin=652/85=7.67A
輸入電感電流最大峰值為:ILpk=Iinrmsmax+0.5*Ihf=10.85+0.5*2.17=11.94A
升壓電感最小值為Lmin=(0.25*Uout)/(Ihf*fs)=(0.25*400)/(2.17*65KHz)=709uH
下面繼續(xù)計算:
線圈選擇電流密度為5A/平方毫米,那么可以計算出我們需要用的漆包線的線徑為:
2×SQRT(7.67/(5×3.14))=1.4毫米
因為我們這是按照最極限的輸入電壓也就是說按照最大的輸入電流時來計算的。所以電流密度取的裕量比較大。實際按照不同的成本要求,也可以把電流密度取大一些,比如此處取電流密度為8A/平方毫米的話,那么可以得到線徑為:
2×SQRT(7.67/(8×3.14))=1.1毫米
這也是可以接受的。
因為是CCM模式的工作方式,基波是低頻的半正弦波,在此處我們就不考慮趨膚效應(yīng)了。選用單根的漆包線就可以了。
常用的幾個公式:
LI=NΔBAe
L:電感量,I:電流,N:匝數(shù),ΔB:磁感應(yīng)強度變化量,Ae:磁芯截面積
L=N×N×Al
Al:電感系數(shù)
H=0.4×3.14×N×I/Le
H:磁場強度,Le:磁路長度
計算磁芯大小的方法有幾種,最常用的就是AP法,但實際上,因為磁粉芯的磁導(dǎo)率隨磁場強度變化較大,計算經(jīng)常需要迭代重復(fù)。另外,因為磁環(huán)的規(guī)格相對比較少。我們就不用AP法計算了。而是直接拿磁芯參數(shù)過來計算,幾次就可以得到需要的磁芯了。經(jīng)驗越豐富,計算就越快了。
適合用來做PFC電感的磁粉芯主要有三類:鐵鎳鉬(MPP)、鐵鎳50(高磁通)、鐵硅鋁(FeSiAl)。其中,鐵鎳鉬粉芯的飽和點大概在B=0.6附近。而后兩者都可以達到1以上。
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