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【DIY大赛】+反激+基于uc3842 tl494 的buck电源设计及相关经验分享
阅读: 665 |  回复: 4 楼层直达

2018/10/01 00:04:15
1
钢珠子母弹
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士兵

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      本人是一个大二的学生,初入开关电源设计,看了很多电源网的相关帖子,设计出了两个buck电源,分别基于uc3842和tl494。做的很一般,经验也很欠缺,希望各位前辈多多指导,说的不对的地方请各位大佬指出,方便晚辈学习

      从半年前开始设计buck电源,最早仅仅以为把方波灌给msofet即可实现开关降压,就用555做了个信号源,当我调整电位器企图改变占空比从而改变输出电压时,尴尬地发现输出电压并无变化。仔细看了虞龙老师(sometimes)等大佬翻译的《开关电源设计》后,发现是电感工作模式处于dcm(断续电流模式)下的缘故,众所周知,buck电路输出电压为uin*d,这是在ccm模式下利用法拉第电磁感应定律推出的,为得到此输出电压,需控制开关频率和电感量以保证电感工作在ccm模式下。而且需使用脉宽调至芯片来根据输出电压的反馈信号控制开关管驱动信号的占空比,才可做出真正的闭环控制开关电源。

    在浏览电源网众多buck方案的帖子时,发现很多方案失败的原因在于其企图用uc3843的六号脚位输出信号直驱mosfet,做出后其实自然就会发现开关管处于线性工作区间,这是因为驱动电平问题导致的。

如图,与boost电路不同,对于buck电路,其mosfet位于高边,其源极并不直接与功率地相连而是先接至负载,若把以功率地为参考点的输出信号直接接至mosfet栅极,由于负载产生压降,mosfet源极电位将被抬高,而栅极电位并无变化,mosfet的gs端将处于欠压状态而进入线性工作区。

为了正常驱动开关管,需要将栅极电位进行抬升,或者直接在gs端接入一路隔离电源并使用隔离驱动技术传递驱动信号(例如驱动光耦)。

我最后在uc3842方案中使用了ir公司ir2117栅极驱动器,这类高边mosfet的驱动器需搭配自举二极管(需用快恢复类,我使用了fr107)和自举电容(典型容量为一微法,若驱动信号频率较低,需要适当提高自举电容容量)。以下是我的uc3842buck方案电路,(驱动部分并未使用图中的分立器件自举回路,而用了上文所述的驱动ic,这个自举回路存在一定的问题最终没有采用)。

对于这个图,重点说下我对三号脚位的处理,众所周知,uc384x

的三号脚位是电流反馈脚位,当此处的电压幅值大于一伏时,芯片将进入保护状态,很多时候电源输出进入打嗝状态,就是因为三号脚位引入了较大幅值的噪声所致。为了防止这种情况发生,我学校的老师让我把三号脚位直接接地(现在来看真他娘的蠢)。然而这样干后,尴尬的发现芯片输出占空比保持最大。请教了尤小翠师父,才知道这个脚位其实直接与pwm锁存器相连,如果其直接接地,反馈信号永远小于基准信号,自然无法缩小占空比。 (具体框图如下所示)

    所以为了让pwm调制正常进行,需要在三号脚位引入适当幅值的锯齿波,如果从主拓扑中引入,则电流环处于闭环状态,pwm芯片将进行峰值电流保护,pwm调制模式为电流模式,对比电压模式有诸多优点,但将引入电流模式带来的次谐波震荡问题。引入的锯齿波如果斜率过小或过大则需要对三号脚位进行斜坡补偿。对于我这样的初学者来说还是有些难。我最后选择了电流开环的办法,即在三号脚位引入固定幅值与频率的锯齿波。其实相当于把电流控制型脉宽调至芯片当成电压模式芯片来用,并将电流环开环。

    引入锯齿波的方法有很多,在这里介绍一个ti官方的接法

即使用npn型bjt将rt脚位的锯齿波引入三号脚位,注意看图中的电位器,其用于调整锯齿波幅值,其大小不应超过一伏。

最后在小翠师父的指导下打了pcb,送至某创打样

实物如下

用五欧姆水泥电阻做负载,粗测效率百分之八十(很抱歉我因为条件有限,实在无法测到更加精确的数值

想尝试下其他的芯片,于是找到了经典中的经典——tl494

其实用tl494的buck,ti官方已经给出了典型应用电路,(非常感谢电源网推出的buck板,用的就是这个电路,这套电路让我初步认识了脉宽调制的原理)

实际做出后很开心,但是有一点不太开心,——这个电路的主开关管是pnp型bjt,价格较贵不说,bjt的导通压降使这个电路与使用n沟道mosfet的

buck相比效率低了好多。于是自己着手改造电路,首先,需要将这个电路改为下拉接法,即将c1 c2接至vcc,e1 e2接至下拉电阻后与gnd相连。即可在下拉电阻两端得到pwm调制信号。

制作出的pwm驱动电路实物如下

这是在五号脚位检测到的锯齿波信号

这是在较大占空比输出时下拉电阻两端检测到的pwm信号

其次,需要将这一信号送至mosfet驱动电路。为了尝试自己不会的技术,我使用了高速光耦隔离驱动。

较大占空比下,gs端驱动波形如下

光耦隔离驱动对比自举驱动和gdt驱动而言有着驱动占空比可以较大的优势,最终做出的电源的emi也明显比自举方案要小,缺点在于驱动速度慢,而且需要在驱动端加入一个隔离电源,驱动芯片造假昂贵的缺点,但由于不易受干扰,对布线的要求不高,很适合我这样的初学者。

本帖将持续更新,后续将加入同步整流技术提高输出效率。非常感谢电源网的很多技术帖作者,你们让我学到了丰富的知识,非常感谢小翠师父在百忙之中教会我这么多电源知识让我得以入门。本人才疏学浅,如果有什么内容说的不对,欢迎各位大佬指出,谢谢你们。






2018/10/05 12:07:02
2
hylylx
电源币:68 | 积分:44 主题帖:2 | 回复帖:881
LV8
师长
楼主厉害
2018/10/11 16:31:22
3
买女孩的小火柴
电源币:0 | 积分:3 主题帖:0 | 回复帖:6
LV1
士兵
光耦隔离驱动部分电路图能贴上来吗?
2018/10/12 08:53:25
4
钢珠子母弹
电源币:0 | 积分:4 主题帖:1 | 回复帖:2
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士兵
行,中午回宿舍贴
2018/10/12 12:53:38
5
钢珠子母弹
电源币:0 | 积分:4 主题帖:1 | 回复帖:2
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士兵
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