新版PCB到,焊接好外圍零件和MOS、電感,加了前后各一個電解,準備測試波形。如果波形OK,那就裝上所有零件開始加載。
一陣忙碌后,上12V,輸出15.2V 1A,各部分波形正常。VGS波形也直上直下,沒有出現(xiàn)米勒平臺。驅(qū)動電阻是5.1歐姆0805。看來可以裝上所有零件了。裝電容,背面加錫,裝散熱片。8顆MOS,兩顆一組并聯(lián),沒用市面上灰白色的那種矽膠片,太厚,0.4mm。用20mm寬的金色高溫膠帶在散熱片上貼一條。膠帶厚度0.1mm。厚度對于熱傳導(dǎo)是很致命的。貼好膠帶,MOS背面略涂一層薄薄的導(dǎo)熱硅脂。能多薄就多薄。涂好放在膠帶上正確的位置,用7字型壓板壓緊每一顆MOS。事實證明這樣的散熱效果是在絕緣的前提下非常理想的了。后期熱成像的圖像顯示溫度和散熱片只相差了5攝氏度。
組裝完成后接好電子負載和可調(diào)電源,示波器接好在電感前后和輸出端。上電,輸出OK。慢慢加載,波形如PDF中變化一致。加載到15.2V5A,老化10分鐘,用熱成像觀看有無發(fā)熱異常。通常有故障、或者設(shè)計缺陷的時候,在這樣輕載的時候都會發(fā)現(xiàn)發(fā)熱異常的零件。巡視一圈,一切正常。MOS溫度35度。環(huán)境溫度30度。板子上溫度最高的是主芯片,55度。個人猜想是因為芯片內(nèi)部包含了強大的驅(qū)動電路。驅(qū)動8顆100多A的MOS依然是那么從容。繼續(xù)加載10A---20A---30A。一切正常。30A的時候,電壓依然堅挺在15.2V。輸入12V41A。整體效率超過92%。看來電路還是有改進的余地。這時候測量溫度,八顆MOS由于在同一塊散熱片上,溫差并不明顯,均在65—68度。有個50毫米的12V0.2A小風(fēng)扇吹著。電感就在散熱片后面,溫度55度,估計是被散熱片烤的。電容幾乎沒溫升,都是環(huán)境熱輻射導(dǎo)致電容溫度在33—38度。距離散熱片近的更熱一些。主芯片依然是55度沒變化。一切都向好的方向發(fā)展,看起來很順利的時候通常都會有個坑在等著。
因為這個拓撲是升降壓結(jié)構(gòu),所以看看升壓沒問題,就調(diào)高了輸入電壓,一點點調(diào)。負載15.2V 電流固定在10A。輸入在接近14V的時候,輸出電壓抖了一下,電感前后的波形有了變化。檢測四個臂都有了波形。之前升壓的時候只有兩個臂是有波形的。證明了主芯片進入了升降壓的混合模式。
繼續(xù)調(diào)高輸入電壓,當(dāng)達到18V時,進入了降壓模式。帶載10A的情況下,電感波形很干凈,沒有畸變。繼續(xù)提高輸入電壓,當(dāng)加到25V時出現(xiàn)了異響,電感波形混亂,正要保存波形的時候芯片掛了。瞬間沒有輸出。輸入沒有短路,電流在10毫安附近。斷電測量芯片的各個腳對地電阻,沒有發(fā)現(xiàn)短路,再次上電12V,輸出正常。
剛剛的異常情況讓我瞬間懵了,芯片正常,零件正常,25V異響?12V卻正常?再試一次,大不了再燒幾十塊錢的事。這次負載調(diào)到1A,輸入限流到2A。輸入電壓慢慢上升,跟上一次一樣,在14---18V進入混合狀態(tài),18V以后變?yōu)榧兘祲耗J?。?5V還是吱一聲保護了。故障了,沒有任何零件損壞,只能有兩個可能:1. 芯片保護了。2. 外圍零件有問題。
首先芯片是可以工作在60V的。PDF是這么說的,至少也能在55V工作。在25V出現(xiàn)問題明顯不是保護。我的保護電壓范圍也設(shè)置在10—55V,輸入電壓檢測引腳的電壓在范圍內(nèi),并沒有因輸入電壓過高而保護。所以芯片保護的說法不成立,至少不是過壓保護。
其次第二點,實際測量外圍無損壞零件,這又讓思維陷入怪圈。反復(fù)閱讀PDF幾個小時后,發(fā)現(xiàn)了一行小字:在關(guān)于C-SLOPE 的計算公式下面有一句話的說明:A smaller slope capacitor results in larger slope signal which is better fornoise immunity in the transition region (VIN~VOUT)翻譯了下,大意是這個斜坡補償電容越大,整個輸入輸出的電壓范圍內(nèi)會越穩(wěn)定,這只是我的理解,可能并非原意。這個電容計算的是470P,實際安裝的是220P的。因為220P能還原電感上的電流波形。而470P就失去了波形的尖峰,變成略軟的三角波了。在220P的時候,各處波形都非常OK。
自以為三角波很正,沒雜波就OK了。沒想到坑在這里。
換上470P的電容,再次測試,果然正常了。從10—35V輸入都正常,看來是這個電容的問題。測量C-SLOPE電容上的波形,三角波在小的時候濾的像貓耳朵一樣。電流30A的時候波形正常了。是個三角形,看的到角。繼續(xù)加大輸入電壓,38V就異響了,但是沒停機。估計這個電容還需要加大?以改善輸入輸出的穩(wěn)定性?看PDF里的公式,這個電容的確和輸入電壓的范圍有關(guān),但計算很復(fù)雜。這個表格也只能參考。于是秉持自己動手豐衣足食的精神,一點點的改動C-SLOPE。不斷的加貼39P的電容,最終得到的值是在10---55V輸入范圍內(nèi)正常工作的電容量為680P。雖然在輕載的時候波形不再是三角波,但無所謂。看來芯片對電流的檢測是很寬容的。
至此,整個輸入范圍和輸出都能滿足我的要求。也測試過50A輸出,MOS的溫度達到了85攝氏度。經(jīng)過細節(jié)的多次改動,整機效率達到了最高94%以上。效率最低的時候是在最高電壓輸入的時候,52V輸入,15.2V輸出,50A。效率只有92%以上。
四個臂中,降壓時,輸入的第一組MOS最熱。這組MOS由電容泵供電驅(qū)動,驅(qū)動VGS電壓是6.5V—7V。想再通過增加MOS并聯(lián)的方式來提高效率恐怕是行不通的。主芯片已經(jīng)很累了,驅(qū)動8顆大電流MOS需要很大力氣的。
下一版我打算改為專用芯片+隔離變壓器驅(qū)動,讓主芯片能降低一些溫度,工作會更可靠一些。輸入和輸出電壓電流都用差分放大后給單片機做個顯示功能。散熱片用熱管,面板用PCB畫一個打樣,外殼用個淘寶上購買的小型電腦機箱就OK了。
理想很豐滿,現(xiàn)實很骨感。想的太美又掉坑里了。下回再說是什么坑。
續(xù)上回。
這樣在初始的幾秒,MOS當(dāng)二極管用,實際上并沒有多少損耗。
主要的作用是防止負載為電池的時候,逆向電流形成升壓,導(dǎo)致輸入部分損壞。
幾秒后,再接通驅(qū)動。當(dāng)然,PCB上也給Q7Q8并了一只60A45V肖特基。用于防止突然大電流沖擊。MOS的體二極管速度可遠不及肖特基。這樣處理后就兼顧了效率和安全性。畫板子好慢,一點點尺寸都需要推擠。大家需要等個把月了。畫好后再來跟大家分享。到時候公布PCB。