一直想做一個(gè)適用的可調(diào)電源，偶然中在ti網(wǎng)站，發(fā)現(xiàn)有一款標(biāo)稱效率97％以上的升降壓IC：lm5176。以前沒做過升降壓的電路，感覺如果做個(gè)實(shí)驗(yàn)電源，那么前級可以隨便用一個(gè)10---50V電壓，后級就能輸出穩(wěn)定的，我想要的電壓。這樣就可以做個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn)電源了。
說做就做，先淘寶買了10片LM5176，12塊一片。PCB先按官方的PDF畫了個(gè)基本版，先把功能、波形整出來再慢慢完善。在畫板子的同時(shí)，畫了一周的時(shí)間反復(fù)的看PDF文件，每個(gè)引腳的功能、如何計(jì)算外圍零件、如何使用官方的設(shè)計(jì)表格。按我自己的要求，先做個(gè)10V---46V輸入的。這個(gè)輸入范圍是1—3節(jié)串聯(lián)鉛酸電池的電壓范圍。剛好家里也有電瓶車上拆下的6只電瓶，利用上就可以有個(gè)純凈、穩(wěn)定的直流輸入源了。輸出設(shè)定為14.8V輸出。選這個(gè)電壓只是測試升降壓功能。也能給我的電池充電，裝上可調(diào)電阻就可以在5---30V之間隨意調(diào)節(jié)了。
有朋友可能會(huì)問：既然都5---30V可調(diào)了，干嗎不做到0-30V可調(diào)？我只能說我手太新了，還沒想到如何做到0V起調(diào)。當(dāng)然，這顆芯片是支持從0.8V起調(diào)的，但到0.8V的時(shí)候我估計(jì)反饋環(huán)路就不是那么容易調(diào)的了。因?yàn)樯戏謮弘娮璧闹到咏?歐姆，這并不利于環(huán)路的穩(wěn)定。如果做成5V起調(diào)我倒是有把握的。
這網(wǎng)址有ti的芯片資料，和設(shè)計(jì)軟件：
https://www.ti.com.cn/product/cn/LM5176
計(jì)算工具名稱：LM5176 Design Calculator
但是，有個(gè)坑，容我后面再講。
/upload/community/2020/10/28/1603879994-93973.pdf
文件部分是中文的，計(jì)算和具體功能描述都是英文。
第一版PCB不貼出來了，各部分可參照官網(wǎng)原理圖。詳細(xì)到每一個(gè)零件我都能給你具體型號(hào)，但是，PCB真沒有。下面將參照官網(wǎng)原理圖詳細(xì)講解調(diào)試過程。
板子回來，裝上了所有貼片零件、MOS只裝了四顆（原本設(shè)計(jì)是四個(gè)臂各兩顆），電容前后各裝了一顆，電感按計(jì)算的結(jié)果，裝了顆用PQ3525、0.1*1000根利茲線繞四匝、開氣隙電感量為2.7微亨的電感。設(shè)計(jì)的頻率是在100K。輸入用實(shí)驗(yàn)電源限流0.1A，電壓10V輸入測試。很順利，一次通電并沒短路，不短路就是個(gè)好的開始。
測試輸出電壓為15.2V，跟我計(jì)算的差不多，或許零件精度不夠，精度可以再搞。先測各個(gè)點(diǎn)的波形，和電壓。四個(gè)臂有兩路是懸浮驅(qū)動(dòng)的，芯片設(shè)計(jì)的很巧妙，使用泵電源，一只0.22微法電容和一只4148就能穩(wěn)定的提供電源了。原始參數(shù)是要求1A的二極管，我并沒有這么高速度的二極管。也并不想裝一顆SMB的管子，太占地方了。我喜歡小體積的東東。于是就用了4148，正向持續(xù)電流可以達(dá)到0.3A，我估計(jì)也足夠了。特別是4148的速度，比手上的任何二極管都要快，而且耐壓也在75V以上。實(shí)際我用自己的耐壓測試儀測過各種封裝的二極管，基本都在100V以上，手頭上這種玻璃封裝圓柱體的4148耐壓在120V的。這樣兩臂用四個(gè)零件就完成了供電，還真是佩服----集成度真高。如果讓我做外圍，我肯定是一個(gè)反激，輸出兩組隔離電壓分別供電兩個(gè)臂的驅(qū)動(dòng)電路，再用MIC4452去驅(qū)動(dòng)兩顆并聯(lián)的100多A的MOS。
曾經(jīng)我還懷疑這芯片能不能直接驅(qū)動(dòng)4顆浮地的MOS，結(jié)果是我多慮了。輸出的驅(qū)動(dòng)波形上升沿只有75納秒，下降沿100納秒。如果不裝管子，上升沿是25納秒以內(nèi)。
測完各個(gè)點(diǎn)的波形，對比PDF中的波形看，基本上是正確的。
接著測試，輸入電壓依然是10V，輸出15V多，不敢貿(mào)然輸入30-40V的電壓，擔(dān)心PCB布局問題導(dǎo)致的尖峰太高毀了芯片。測量各個(gè)MOS的波形的時(shí)候，擔(dān)心的事情還是發(fā)生了。在測試懸浮驅(qū)動(dòng)的兩個(gè)臂的時(shí)候，芯片突然工作失常，沒了輸出。查出是BOOT引腳對地?fù)舸?。懷疑自己的板子有問題或者零件問題，查遍了外圍也沒啥零件損壞。于是12塊就這么沒了。熱風(fēng)槍吹下，再裝一片新的，顯微鏡下觀察每一個(gè)引腳都焊接可靠沒有連錫，接著上電，輸出很OK。于是把第一次損壞的原因歸結(jié)為意外。但即便是意外，也是有原因的，錯(cuò)就錯(cuò)在我偷懶了。沒去找原因。接著測試各個(gè)點(diǎn)的波形，和PDF中的波形對比，以確認(rèn)自己的板子、原理、實(shí)物都沒錯(cuò)，之后才敢加點(diǎn)負(fù)載測試。波形比對快完成的時(shí)候，那個(gè)“意外”又出現(xiàn)了。莫名的壞了……
難道芯片是假的？水貨？殘次品？反復(fù)對比原理圖和實(shí)物確定都OK的。于是帶著一大堆疑惑去ti論壇搜索故障原因。
分享兩個(gè)原理圖：
在論壇上發(fā)現(xiàn)有幾個(gè)類似情況，莫名掛了，找不到原因。也有不工作的，工作失常的，但都沒有給出具體解決辦法和查找故障的思路。既然芯片冷門，咱就涼開水泡茶，慢慢來。
回憶之前的測試情況，查找損壞的真因。兩次損壞都是boot對地短路。我的示波器是電池供電的，不存在與市電相連的問題。板子供電是實(shí)驗(yàn)電源，也不存在超范圍供電擊穿。想了大半天，問題點(diǎn)還是歸結(jié)到了我的示波器上。
難道是沒接地，靜電擊穿？總得試試看，于是給示波器插上電源線，板子也換了新的芯片，查外圍都OK，無零件損壞。再次上電，測試一切正常。反復(fù)多次重復(fù)昨天的測試，示波器夾子加在SW端，探頭測試boot端，怎么測試都沒問題，沒有再次損壞。
本著認(rèn)真的原則，想重現(xiàn)損壞的過程，看看是否跟我的判斷一致。再扔12塊錢也能學(xué)到點(diǎn)東西，劃算。拔了示波器電源線，用示波器內(nèi)置電池供電測量，開始幾次也沒問題。中間間隔個(gè)把小時(shí)，忙別的事情了，再回來測試boot的波形，一碰就掛了。沒有火花，直接沒輸出。也沒有任何外圍零件損壞，芯片其他引腳和功能都正常，斷電測量BOOT對地電阻，真的短路了?？磥碚娴氖庆o電引起的芯片損壞，感慨老外芯片保護(hù)功能之強(qiáng)大，僅僅壞了一個(gè)功能，其他各引腳的邏輯和電壓都很正常。
好事多磨，繼續(xù)搞起測試。
有了前次的經(jīng)驗(yàn)，示波器在以后的應(yīng)用中都乖乖的找根地線接大地。輸入電壓從10—18V測試，都很OK。當(dāng)然都是空載測試，只有一只1K的假負(fù)載電阻。輸入電壓連續(xù)變化，輸出也是很穩(wěn)定的。
接入電子負(fù)載，加一點(diǎn)點(diǎn)電流，再看波形都跟PDF中一致，開始有點(diǎn)小興奮了，樂極生悲就這樣又來一次。輸入18V，輸出15.2V，負(fù)載電流加到1A的時(shí)候，效率是95％。加到3A效率下降到90％，但波形正常。再加到4A是86—87％。蜜汁疑惑......規(guī)格書里給的是能輸出幾十A的，這才......算了，睡一覺醒來再想問題。
開工，測試，找效率下降的原因。
電流直接上到4A，用熱成像儀觀察板子上哪些零件溫度高。懷疑的對象是MOS和電感，也有電容。熱機(jī)10分鐘后熱成像顯示MOS溫度最高，為50—60度左右（具體溫度記不清，不能瞎寫，但就在這范圍內(nèi)，四個(gè)臂的溫度是不同的。）MOS是IRF3710，100V 57A 23毫歐。選這顆是為了安全，100V耐壓，遠(yuǎn)超芯片的極限電壓60V。所以前幾次損壞的也僅僅是芯片。
看來內(nèi)阻太大，換管子。家里還有做電動(dòng)車控制器剩下的NCE8580，85V 80A 8.5毫歐。這下效率應(yīng)該能上去了吧，嘿嘿，裝機(jī)測試效率。
果然，4A負(fù)載下效率穩(wěn)定在91--92％之間，但距離標(biāo)稱的最高效率95％還有很遠(yuǎn)的路要折騰。對比和查看實(shí)物波形，發(fā)現(xiàn)無論驅(qū)動(dòng)低端MOS還是驅(qū)動(dòng)高端MOS，驅(qū)動(dòng)VGS都很低。低端MOS的驅(qū)動(dòng)用的是芯片供電8V，驅(qū)動(dòng)高端MOS用的是泵電源，VGS峰峰值是7.2—7.5V。
這個(gè)固有的設(shè)計(jì)限制了MOS的選用。普通MOS在8V以上才能達(dá)到完全打開的階段，或許這是效率上不去的主因。網(wǎng)上搜了大半天，找到NCE85H21C 85V 210A 4毫歐 220封裝 。能用國產(chǎn)的我絕不買進(jìn)口零件。這顆MOS看曲線圖，VGS在6V的時(shí)候可以完全導(dǎo)通，電流達(dá)到100A以上。正適合我需求。兩顆并聯(lián)只有2毫歐內(nèi)阻，能滿足我需求就是好寶貝！淘寶價(jià)3.5一顆入手30顆。
開始畫第二版PCB,在前一版的基礎(chǔ)上8顆MOS并排裝在一只散熱片上，做好絕緣措施。芯片放在MOS前面，MOS后面是輸入電容、大電感、輸出電容。PCB底部是過流保護(hù)和電流檢測電阻。其他零件都在頂層。整個(gè)板子尺寸大約10*8厘米。高不超過5厘米。電流檢測部分信號(hào)走線按照官方PDF說明，用差分走線引入芯片。在板子打樣期間，特意用電橋從一堆0805電阻里挑出來十幾顆阻值盡量一致的100歐姆電阻做差分信號(hào)輸入用。制作了散熱片、鉆孔、攻絲。選了幾十顆內(nèi)阻基本一致的電解。
又做了一個(gè)DC-DC反激小電源，用來驅(qū)動(dòng)12V風(fēng)機(jī)，準(zhǔn)備在滿功率的時(shí)候能有合適的散熱。DC-DC反激小電源是之前就畫好的小板，原本是小模塊的設(shè)計(jì)方案，重繞一個(gè)變壓器就直接拿來用了。調(diào)試好小電源和風(fēng)機(jī)，靜等第二版PCB的到來，然后再來更新！