【導(dǎo)讀】網(wǎng)友近段時(shí)間設(shè)計(jì)了一臺(tái)48V-5KW前級(jí)升壓模塊，單個(gè)變壓器功率平均在1000W左右，變壓器采用初級(jí)并聯(lián)，次級(jí)串聯(lián)的方式，次級(jí)串聯(lián)CBB的方式，利用變壓器本身的漏感做諧振，解決了煩人的尖峰問題，目前測(cè)試過最大功率8KW下帶載10S。文中還分享了設(shè)計(jì)中的一些經(jīng)驗(yàn)，一起來學(xué)習(xí)一下吧！
近段時(shí)間設(shè)計(jì)了一臺(tái)48V-5KW前級(jí)，糾結(jié)了許久，最后決定了用6個(gè)立式EC49變壓器，這樣單個(gè)變壓器功率品均在1000W左右，每個(gè)變壓器剛好可以用一對(duì)MOS，這樣就省的并聯(lián)MOS而造成驅(qū)動(dòng)麻煩了，每個(gè)MOS分別用1個(gè)圖騰驅(qū)動(dòng)，保證每只MOS都有充足的驅(qū)動(dòng)余量。變壓器采用初級(jí)并聯(lián)，次級(jí)串聯(lián)的方式，次級(jí)串聯(lián)CBB的方式，利用變壓器本身的漏感做諧振。這樣就可以解決掉煩人的尖峰問題，這樣只要前級(jí)一開環(huán)，尖峰就能馬上壓制住。目前測(cè)試過最大功率8KW下帶載10S。驅(qū)動(dòng)芯片是3525，當(dāng)然494也OK，個(gè)人愛好。下面是整機(jī)圖片。
1是為了平衡高度，因?yàn)檩敵鲭娙莸母叨?，如果用臥式骨架會(huì)讓2個(gè)高壓電容顯得很單調(diào)。
2是為了安裝臥式MOS而省下空間，變壓器左右2顆螺絲剛好是MOS的位置，這樣布置能讓MOS管的功率走線最短。偏磁的問題讓它就見鬼去吧！
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再就是采用臥式安裝的MOS，那就必須使用臥式散熱器，這樣也會(huì)帶來2個(gè)難題：
1是安裝沒有立式省事，批量效率偏低，散熱器成本相對(duì)較高。
2是散熱器的風(fēng)槽散熱對(duì)風(fēng)扇的選取比較頭疼，其實(shí)最初我估計(jì)是用不著風(fēng)冷，其實(shí)不然。目前在3KW下長(zhǎng)時(shí)間工作，冬天可以不用，但是5KW時(shí)沒有風(fēng)扇還是不行的。
臥式散熱器最大好處就是機(jī)器結(jié)實(shí)，不會(huì)因?yàn)橐恍┹p微的顛簸就拋錨。這樣安裝確實(shí)比較好看，這一點(diǎn)有些人就說了，好看不能當(dāng)飯吃哈。
輸入和輸出的接線方式也是采用端子+螺絲的方式，很多人還是比較喜歡直接抽線出來連接，不知道大伙比較看好哪種？
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其實(shí)我還恨不得直接從變壓器端把輸入引線抽出來比較省事，這樣就不用在PCB板底部加銅條。
輸出高壓電容選用高品質(zhì)的日立電解，黑金剛當(dāng)然更好，問題是真正的黑金剛還真不好找。輸出端還加了一級(jí)LC濾波，勁量減少輸出紋波電壓。輸出保護(hù)沒有做短路保護(hù)，只是簡(jiǎn)單的用保險(xiǎn)絲擋一擋，防止輸出高壓短路。幾次短路測(cè)試下，保險(xiǎn)盒都被保險(xiǎn)絲炸飛了，機(jī)器都完好無損，用的是15A的保險(xiǎn)絲。我想應(yīng)該能抵擋一些意外短路故障而導(dǎo)致機(jī)器損壞的幾率了。
說起來其實(shí)挺簡(jiǎn)單，做起來還真是免不了折騰，其實(shí)這機(jī)器最大的難點(diǎn)在于死區(qū)時(shí)間和諧振點(diǎn)上的調(diào)節(jié)，這也得感謝專家們的點(diǎn)撥，不然還真得費(fèi)上好些時(shí)日才能搞定。下面把機(jī)器的波形發(fā)來上獻(xiàn)獻(xiàn)丑。
MOS管驅(qū)動(dòng)波形
MOS管DS波形
下面把調(diào)試的一些經(jīng)驗(yàn)和大家伙分享分享，很多人都認(rèn)為推挽的死區(qū)時(shí)間越少越好，這樣在滿載的時(shí)候不至于電壓掉得太低，所以把死區(qū)時(shí)間盡可能調(diào)到最小，這樣一來，變壓器的漏感電流還來不及把MOS管2段電壓給抽取掉，MOS管就要被導(dǎo)通。這樣就會(huì)在導(dǎo)通期間造成一定損耗。做過諧振開關(guān)電源的朋友就很清楚這一點(diǎn)。
下面是死區(qū)時(shí)間偏小的MOS管波形。
很明顯可以看出，死區(qū)時(shí)間不夠也會(huì)造成MOS管2端電壓振蕩，這是由于MOS結(jié)電容充放電時(shí)間決定了死區(qū)時(shí)間的大小，所以很多人認(rèn)為并聯(lián)MOS的大功率機(jī)器尖峰比較頭痛就是這個(gè)原因。
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到了這一步，是不是我們把波形整平了就算OK了呢，其實(shí)不然，這只算是完成了一一半。
我在調(diào)試的時(shí)候，還遇到一個(gè)納悶的問題，我的機(jī)器波形好了，尖峰沒有了，為什么變壓器效率很低，管子發(fā)燙比較厲害，變壓器線包也很燙。
我原來沒找到原因時(shí)測(cè)試過效率，在小功率的時(shí)候，1000W的時(shí)候，變壓器還算正常，效率有98點(diǎn)幾，管子熱量還比較小。當(dāng)帶載到2000W的時(shí)候，管子比較熱了，基本上沒有風(fēng)扇散熱是不行了。特別是變壓器的線包非常湯手，帶載到3000W時(shí)效率只有88%了。我就納悶了，我就認(rèn)為是變壓器沒繞好，可能是偏磁的原因。結(jié)果重新整了也不行。用的漆包線的余量也很充足，為什么還是一個(gè)原因。最后實(shí)在沒辦法就請(qǐng)教老壽老師，說到諧振電容大小才發(fā)覺，我的諧振電容容量和壽工的差距很大，結(jié)果仔細(xì)想想，懷疑是諧振頻率過高。重新調(diào)整諧振電容和諧振死區(qū)時(shí)間后，一切正常。
原因是諧振頻率太高，造成電流趨膚效應(yīng)，功率管在諧振振蕩反峰時(shí)電流應(yīng)力過大，所以發(fā)熱很大，效率低也是理所當(dāng)然的了。那么我們要怎么知道諧振頻率是否過高呢。
下面我把諧振頻率過高的波形發(fā)上來給大家參考：
這張波形是在輕載下的MOS管DS電壓波形，很明顯可以看出，MOS導(dǎo)通后一個(gè)周期內(nèi)，由于次級(jí)諧振的作用，導(dǎo)致MOS管關(guān)斷后的電壓上升后又下降，這樣已經(jīng)重復(fù)了2個(gè)周期。那么到這里我們就可以想，要想MOS管開環(huán)時(shí)波形平坦，這很容易就能做到，只要諧振頻率是開關(guān)管驅(qū)動(dòng)波形的整數(shù)倍就能做到。找到問題了這還不簡(jiǎn)單，往次級(jí)諧振電容上不停堆電容，直到諧振頻率和驅(qū)動(dòng)頻率一致不就OK了。
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看到這里，相信很多朋友以后都會(huì)了，諧振不也就是這么簡(jiǎn)單，不知道我該不該把這些東西寫出來，因?yàn)槲覀€(gè)人泡實(shí)驗(yàn)室半年了，唯一拿得出底的家伙就這些，不怕被人噴，確實(shí)是我沒啥長(zhǎng)進(jìn)，眼看要過年了，也得拿點(diǎn)東西出來和大家伙們賀賀歲。
不過咱這一寫也不能讓大家伙白撈，還有一個(gè)問題得讓大家伙想想辦法。不知道做推挽的朋友有沒有發(fā)現(xiàn)。就是開機(jī)瞬間，3525軟啟動(dòng)過程，由于占空比沒有打開。變壓器本身漏感和輸出次級(jí)電容充電應(yīng)力造成的MOS電壓尖峰非常高，例如我48V輸入前級(jí)，用200VMOS管，這尖峰在開機(jī)瞬間已經(jīng)到達(dá)200V甚至?xí)^。危險(xiǎn)很大，目前我只能用TVS嵌位在160V，但是這TVS嵌位可靠性還是挺懸，TVS也會(huì)有一定壓降，電流越大，嵌位電壓越高，就是說尖峰電流大時(shí)160V的TVS會(huì)升高到180V以上，總覺得治標(biāo)不治本。
所以還得看看大家伙給出處注意。我是想到以后用諧振芯片，用固定死區(qū)時(shí)間變頻的方式做推挽，不知道可行性高不高。
我這機(jī)器做了2臺(tái)不同方式的樣機(jī)，大家覺得哪種比較好？
是直接從變壓器引腳處直接抽線出來，理論上電流比較均衡。有些人說這樣的比較好看。
我個(gè)人覺得下面這種看起來比較舒服，整潔。
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