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【龙腾DIY】菜鸟也来做电源-12V_5A,OB2203+TEA1761,板端最高91.45%效率【完结】

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lswhome
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LV6
高级工程师
  • 2014-12-6 17:12:04
如题,业余刚学电源4个月,赶上世纪电源网的活动,申请了几个龙腾的MOS,我也来做个电源吧,之前失败过很多次,这次终于成功了,虽然跟大师的作品比不了,但是也算是证明了,即使是菜鸟也是能做出来电源的!
先亮一下申请到的样片,在此非常感谢世纪电源网和西安龙腾!





业余而已,所以很多设备都没有,条件非常有限,各位大师看了别觉得寒颤,毕竟能力有限。


初步计划采用OB2203(QR)+TEA1761(dcm同步整流)来做,因为感觉这两个的组合最简单,呵呵,原理图如下(这个是最终的原理图):


PCB图(我也不懂安规之类的规定,就只能是怎么合适怎么来吧):








下一步开始做PCB,没有发去打样,那样太慢了,还是自己手工做PCB吧,买的覆铜板也很垃圾,0.5OZ的铜箔,只能多开点阻焊层多上点锡了。。。悲哀啊!



先打印菲林胶片:
BOTTOM层负片



BOTTOM层阻焊层






喷墨打印机打印:
阻焊层



BOTTOM层负片






采用感光蓝油来做PCB。
裁板:







刷蓝油:



烘干(正在加热,比较完美的温度是80°,这个要等待他温度稳定了之后才能开始烘干,过热了蓝油的感光效果会变差)




这个东西叫感光蓝油,所以,尽量少照点光,找了个纸皮来遮挡一下。

干燥冷凉之后,开始曝光,定时器我自己做的,到点会自动关。




曝光完毕,显影:(药剂全家福)




显影快完成了。

显影完毕直接腐蚀,再脱膜,就成这样了,还不错吧。



裁切好。




刷好阻焊绿油,再拿去曝光。

曝光完毕,撕掉菲林胶片。

用酒精擦干净PCB,不太匀称,手工很难刷匀,没办法:


打好孔了:



焊零件上去:




全焊好了,散热片还未加工,先凑合用。









呃,变压器还没绕,事先算好的(我自己的算法):




罗列一下一些重要的计算方法,一些太简单的我就不列出来了:
一些参数是要事先自己定义的,并非是计算出来的哦。
我这里如此定义:
交流输入最高电压:265V
交流输入最低电压:70V(为何定为70V?之后我会再说明)
反射电压(VOR):82V(反射电压和匝比有关联)
频率:40K(OB2203低压重载会自动降低频率,40K是最低频率点,当然你也可以选50K或者别的频率)
预计效率:0.85(这个是估计值,老师傅一看拓扑,什么功率等级,就能估计出个大概,我这种菜鸟没有这个经验,就暂时算是85%吧)
输出电压:12V
输出电流:5A
IC供电绕组电压:17V(这个17V算了整流二极管的压降了【1V】)
次级整流二极管的压降:0.5V(采用了同步整流,应该不会超过0.5V的压降,按最大算)
磁芯:PQ2620 AE=119平方毫米 AW=60.4平方毫米 则AP=0.71876 cm[sup]4[/sup]
磁通密度:0.25T(PC40建议不要超过0.3T
计算如下:
最高母线电压:=√2*最高交流输入电压=1.4142*265=374.76V
最低母线电压:=√2*最高交流输入电压=1.4142*70=98.99V(之所以选70V,是因为没有计算输入电容的参数,因此选择70是为了能得到100V的DCmin电压,当然直接按照100V去算,也是可以的)

占空比=反射电压/(反射电压+(最低输入母线电压-开关管压降))=82/(82+(100-8))=47.12%

最低频率工作周期:1/工作频率=1/40000K=25微秒
开关管最大打开时间=工作周期*占空比=11.85微秒
最大占空比时开关管关闭时间=工作周期-开关管最大打开时间=13.14微秒
匝比=反射电压/(输出电压+二极管压降)=82/12.5=6.56
原边峰值电流=(输出功率*2)/(效率*最低母线电压*占空比)=3A
初级电感量=(最低母线电压*占空比*工作周期)/原边峰值电流=389微亨
原边匝数=(最低母线电压*占空比*工作周期)/(磁芯有效截面积*磁通密度)=39.43匝
次级匝数=原边匝数/匝比=6.01匝
供电绕组匝数=IC供电电压/[(次级输出电压+二极管压降)/次级匝数]=8.16匝

绕组总不能绕半匝吧,所以尽量减小误差,则取整后变压器参数为:39:6:9
实际上,要根据选用的骨架的槽的宽度和深度来做轻微的调整(为了刚好绕满骨架,从而增加耦合程度,减小漏感)。

绕组的线径根据一平方毫米截面积过5A电流计算,同时还要兼顾能否绕满骨架,所以要综合考虑,最终结果如下:
采用肉夹馍绕法:次级-初级-次级-初级-供电
次级线径0.44,六股并绕6匝
初级线径0.51,单股密绕40匝
供电线径0.44,单股均绕9匝
其他的,输入电容:根据1W=2UF的经验算法,60瓦=60*2=120uf,由于手头没有120uf的,采用150uf的,可以大,但小了可不好哦~

反馈分压电阻计算:
431工作电流通常在0.5MA左右,基准电压2.5V
那么下位电阻=基准电压/工作电流=5K
上位电阻=(次级整流输出电压-基准电压)/工作电流=12-2.5/0.0005A=19K
事实上以上两个阻值的电阻是非标准的,应该是买不到的,那么要取一个近似值
这里取上位电阻=18K
下位电阻=4.7K
则工作电流=基准电压/下位电阻=0.53毫安
可稳定电压=((上位电阻/下位电阻)+1)*基准电压=((18/4.7)+1)*2.5=12.07V

OB2203的消磁检测分压电阻计算:
由于这个消磁检测引脚也有过压保护功能,因此要根据实际情况计算:
这里选输出超过15V,就保护,则:
超额电压=15V-12V=3V
超额倍数=15/12=1.25
那么OB2203DEM引脚正常工作电压范围=最高保护电压/超额倍数=3.75/1.25=3V
OB2203DEM引脚的工作电流典型值是100微安
则:
分压电阻(下)=正常工作电压/典型工作电流=30K
分压电阻(上)=((分压电阻(下)*IC供电绕组匝数*次级输出电压)/(DEM正常工作电压*次级绕组匝数))-分压电阻(下)=((30*9*12)/(3*6))-30=150K

TEA1761T的检测电阻,数据手册里建议的取值为1K,这里不做更改,就用1K
次级输出的整流电容,由于我不会计算,也就不在这里献丑了,只是取的经验值









程英明大师傅的算法:



结果差不多,综合之后参数如下:




绕制方法和测试结果




周边参数计算:



绕制变压器(绕的时候,手脱不开,所以也没拍几张照)



漏感测试方法:所有次级都短路

结果:(可惜这个变压器匝比不对,后来又重绕了一个,过程没有拍下来)




电感量:






好吧,激动人心的时刻到了,通电,一次点亮(这个是改变匝比之后的变压器,之前的变压器因为匝比不对,导致IC_VCC电压太低,轻载输出无法稳定,后来重绕了一个,IC_VCC绕组增加了一匝,就没事了):



第一次上电:输出


输入:





第一次上电的波形忘记拍了。。。


后来调试,发现RCD钳位电压太低了(低到12V),原来吸收电容是1nf的,更改为390p之后正常了,轻载75V,满载140V左右,基本在合理范围内。


其他测试条件我也没有,只能看看各个电压段的输入输出功率和波形了:
265V,VDS 520V,输出12.12V*5A(板端)
效率=91.4%





240V(市电后半夜经常是这个电压)
VDS 504V
效率不变



220V

VDS 472V,
效率稍微高了那么一点点



110V

VDS 320V
效率12.12*5/67.6=89.64%





95V,效率明显降低了:





85V:
效率进一步降低!



至此,基本完工,拆除那些焊上去的测试点:

改造一下散热片,最终结果如下:散热片是2MM厚的铝片,用钳子折弯的,非常费劲!裁开是用的钢锯锯开的!




完成!
lianghao9041
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初级工程师
  • 2014-12-6 20:16:26
 
可算是完工,恭
业余而已,所以很多设备都没有,条件非常有限,各位大师看了别觉得寒颤,毕竟能力有限
你这个设备还少。
admin
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  • 2014-12-8 09:16:27
 
纯纯手工制作,加油!
YTDFWANGWEI
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  • 2014-12-8 09:48:53
 
楼主是做什么的,设备这么齐全啊,这都能自己做啊
admin
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  • 2014-12-8 10:03:21
 
偷偷说句话 貌似自己一个人的活,
musyer
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高级工程师
  • 2014-12-8 10:09:22
 
顶你 黯然 。拥有一个自己的实验室 是每一个技术男的梦想
ta7698
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  • 2014-12-8 11:37:04
 
能达到这样的效率不错啊!
lswhome
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高级工程师
  • 2014-12-8 15:43:54
 
非常感谢管理员的抬爱,竟然都置顶了!太感谢了!
我爱好这东西,业余捣鼓捣鼓,如果啥都没有,那就没法实践,只能停留在理论上,那样永远都没法前进,毕竟理论和实际还是有差距的,所以自己购买了一些基本设备,尤其是PCB制作,自己能做就能节省大量的时间(打样慢的受不了),这样实验和学习的进度就能快很多了。实验室也不是什么好地方,在自家的阁楼上弄的,阁楼还是毛坯,未装修的,看起来很简陋吧。。
改天把我的“工作室”晒出来大家拍拍砖~
b44d55
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副总工程师
  • 2014-12-10 11:04:17
 
我觉得你的工作室设备齐全, 当初购置的比较厉害吧, 多实践多做实验才能有进步, 看你做的板子很专业, 一点都不象是手工制作的, 对于这个清洁工作不知道有什么经验
myship02
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版主
  • 2014-12-8 19:22:44
 
PCB都自己做吗?
zjdsll
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  • 2014-12-8 20:49:46
 
后来调试,发现RCD钳位电压太低了(低到12V),原来吸收电容是1nf的,更改为390p之后正常了,轻载75V,满载140V左右,基本在合理范围内。


楼主这个电压是怎么测试的啊?
lyh0739
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  • 2014-12-8 20:53:30
 
手工做的PCB竟然这么漂亮,真是不错,向你学习,
lswhome
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  • 2014-12-8 21:53:20
 
直接用示波器测量R或者C两端的电压就可以了
YTDFWANGWEI
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  • 2014-12-9 08:49:52
 
如果仅仅是更改电容,降低电容容值后,RCD钳位电压会更低吧?你用的多大的R?
lswhome
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高级工程师
  • 2014-12-9 10:37:35
 
电容越小,吸收能力越弱,钳位电压越高,怎么会越低?R是用来放掉C吸收的能量的
YTDFWANGWEI
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版主
  • 2014-12-9 11:33:17
 
是啊,你说的钳位电压是哪里的电压,是不是RCD里面C上的电压?
b44d55
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LV8
副总工程师
  • 2014-12-9 16:30:51
 
参数不是有计算公式计算的吗, 差不多就行了, 看看波形问题不大的, 只要限制住尖峰电压就好.
本身RCD结构也不是首选的结构, 几种RCD里面也不是最好的,如果换RCDD,RCRD估计也差不多, 各有优缺点
庐山94
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高级工程师
  • 2017-10-9 18:16:33
  • 倒数4
 
版主,您好,请教个问题,在这个原理图中,TEA1761的7引脚(Isense)为啥没有连接检流电阻呢?

YTDFWANGWEI
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版主
  • 2017-10-14 08:17:05
  • 倒数2
 
因为楼主只用了这个IC的同步u整流+稳压的功能,没有用限流的功能,所以没加。
庐山94
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LV6
高级工程师
最新回复
  • 2017-10-14 09:00:20
  • 倒数1
 
原来如此,谢谢版主!
ailuer_shijidianyuan
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LV8
副总工程师
  • 2014-12-8 21:14:08
 
你的实验室已经相当不错了,玩硬件很烧钱,楼主对于开关电源技术的发烧值得大家赞赏,尝试做做低压直流模块等等
mcdimy
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LV2
本网技师
  • 2014-12-8 22:21:27
 
我也是个手工做PCB的发烧友。看见你那绿油这么均匀。曝光这么清晰。已经能够体现你的功力了。然后看见你那仪器才发现自己原来只是那么的水。
雷霆万钧
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LV8
副总工程师
  • 2014-12-9 08:54:01
 
真牛逼,你哥们儿在线路板厂上班的吧,自己搞线路板
b44d55
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LV8
副总工程师
  • 2014-12-9 13:07:04
 
这是我看到的最牛B的DIY设计了, 比做板还要上进
只是对于设计要求是符合了, 对于原理说明就少了点
既然都完成了, 可否对电路详细解说下工作原理呢
也好给新人一些帮助
lswhome
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LV6
高级工程师
  • 2014-12-9 16:05:52
 
对不起哇,因为我是初学,很多东西并不会计算,多数参数取值都是通过测试以及替换零件而来的,对于原理,我也说不明白。。。不然我肯定详细写个1W+的文字了。。。
b44d55
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LV8
副总工程师
  • 2014-12-9 16:28:16
 
没事, 我先研究了看看, 主要是因为没能有技术性的指导有点遗憾,关键还在于电路还算属于最基本的, 2203的电路不是很复杂, 主要是多加了一个芯片,辅助的部分多了点,问也问不到什么了
b44d55
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LV8
副总工程师
  • 2014-12-9 16:33:05
 
漏感测试方法:所有次级都短路?
要测量一侧的漏感 , 不是应该将其它侧短路的吗

hlp330
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  • 2014-12-9 17:27:57
 
我们一般也是把其他所有的绕组全部短路。
linyibinleo
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初级工程师
  • 2014-12-9 23:11:03
 
顶一下,楼主还是挺专业的,工具设备作业流程实物,都挺赞的
b44d55
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  • 2014-12-10 11:08:54
 
变压器的几个表格不错,但是公式没有写出来放在表格里, 有点遗憾, 先这么研究下
不知道能不能把设计打包给我一份呢,比如电路图和PCB, 如果可以, 短信我
musyer
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高级工程师
  • 2014-12-10 11:46:52
 
请加群 390588387 。只聊技术,不聊其他。
楼主和我都在这个群,群共享里有计算表格。
希望大师们都可以进来多多指导。
我们现在只有15个人,是一个小团体。
zhojianjin
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高级工程师
  • 2014-12-10 13:49:06
 
很用功,不错做的
b44d55
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  • 2014-12-10 15:07:03
 
都有哪些人啊, 不是谁都可以进的吧
musyer
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  • 2014-12-12 16:32:31
 
欢迎你加入我们的小群体
oyang314
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  • 2014-12-13 11:52:43
 
震精了!!!!!!!
tonyleu
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  • 2014-12-13 20:09:51
 
PCB都自己做,楼主直接震撼我的心脏,弱弱问句,楼主是做啥的?
tong752
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本网技师
  • 2014-12-14 10:45:06
 
楼主太强了,看到做线路板的过程就叫我心服口服,看看自己,老实想学习,就是没有付诸行动
b44d55
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  • 2014-12-15 09:59:34
 
做的是很详细, 主要依赖有强大的工具设备, 一般人是没有的, 即使在公司也没这么强大的装备, 楼主很舍得, 如果可以对一些制作细节, 计算公式, 工作原理再有时间详细说说就好了
小日
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  • 2014-12-30 10:57:29
 
新人可以去学习么
凡尘
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  • 2014-12-17 11:36:42
 
这种方法挺好的,我都是用腐蚀液来腐蚀的,咋焊层根本没法刷
b44d55
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  • 2014-12-17 18:25:39
 
最后用酒精和松香洗干净
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  • 2014-12-18 17:16:03
 
DIY精神达到极致。。。
艾青
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版主
  • 2014-12-18 19:52:30
 
阁下是寒碜我呢!你这还寒酸?简直了!!你是不是老板?牛的一毛啊。瞧着打板的一套手艺有料啊
五德
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初级工程师
  • 2014-12-19 13:18:00
 
楼主动手能力真强!
PCB做的杠杠的。
b44d55
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  • 2014-12-19 14:52:34
 
其中最关键的还是自己做PCB
程英明
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版主
  • 2014-12-20 00:29:57
 
效率可能还可以提高,匝比小了点,加到8比较好,那样初级IPK小一点,以你的设计匝比:感量高了一点点,这样低压频率更低,所以效率也低。
你的变频器也许不是很准,最好要功率计才准确些。
输入的EMI电感线径至少0.5mm,不知道你用的多少?
lswhome
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  • 2014-12-20 12:52:46
 
程工一句话,惊醒了梦中人,你说的确实有道理,不过提高匝比的话,那么变压器绕组的线径、股数就得好好计算了,绕不满就坑了,呵呵,不过,提高了匝比,那么VOR电压就会高一些,是不是要用更高耐压的MOS了?


输入的EMI电感线径很细,只有0.3MM的样子,电感量5MH,因为手头上的零件品种非常有限。
我也不是专业搞这个的,确实没有功率计,有个变频电源就满足了,哈哈。
longwang
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  • 2014-12-20 18:19:31
 
进来学习下,,看来该花钱的地方还是应该花钱,不然技术永远上不去
b44d55
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  • 2014-12-22 15:20:39
 
这个要看的, 如果你身处在电子公司里, 你身边的就是资源, 即使只是在一个电子仓库或者PCB打样间里也能学到本领, 如果要自己做一个自己的工作室, 成本受不了的, 最基本的也要配备几千
b44d55
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  • 2014-12-22 15:21:07
 
公式计算完以后只能微调
庐山94
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高级工程师
  • 2017-10-9 18:18:30
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程版主,您好,请教个问题,在这个原理图中TEA1761的7引脚(Isense)为啥没连接采流电阻呢?这个原理图对吗?
zy550sc
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  • 2014-12-25 12:18:46
 
这PCB版做得漂亮,完全不像手工做得。楼主DIY板子尺寸自己随意还是根据DEMO来的
b44d55
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  • 2014-12-25 18:22:42
 
如果每个新人也可以拥有这么一套PCB自己做的工具就好了, 但是一般不大可能, 要买齐配置比较难, 最难的是自己把板子泡在溶液里控制好时间, 铜皮脱落的程度无法控制
lswhome
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高级工程师
  • 2014-12-25 18:35:51
 
呵呵,那都是最简单的,最难的是蓝油的干燥温度,时间,干燥程度,然后就是曝光程度也非常难掌握,腐蚀之类的都还好,我可是失败了50次以上才逐渐掌握的哦。
b44d55
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  • 2014-12-26 11:18:30
 
那你真不错了, 温度的控制比较难,我也自己做PCB手工的, 做出来很难看主要是松香和酒精搭配使用用的不好, PCB的反映比较难, 容易掉线, 需要来回补充
zy550sc
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高级工程师
  • 2014-12-29 18:44:41
 
曝光难掌握,我刚开始洗的板子都弄废了。但是设备比较简陋,也没法上蓝油
lswhome
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高级工程师
  • 2014-12-25 18:37:58
 
当然是自己设计的哇,尺寸也是随意的,排满即可。
ruohan
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  • 2014-12-27 09:02:25
 
显影的那几瓶药剂是什么名字,
admin
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  • 2014-12-31 10:55:54
 
纯手工
XIAOTU80
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版主
  • 2015-1-9 10:39:04
 
你这业余的,手中家伙什比我们专业的都要多啊。
这么多工具,看花眼了。呵呵
一支小兔子
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  • 2015-1-17 16:48:08
 
楼主。 请问一个问题,后面那个同步IC TEA1761 同步的MOS管,怎么PCB上面没有呢?
这个ic 是内置MOS的吗?我看了你帖子上面的实物样机 没有哦?
lswhome
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高级工程师
  • 2015-1-19 00:59:14
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有的亲,在次级那4个一排的电容旁边。
一支小兔子
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LV6
高级工程师
  • 2015-1-19 15:20:15
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不好意思 是我看错了。 是有的Q2 To-220封装的 我一时没有反应过来。之前没做过同步整流的方案。误认为是二极管去啦。 你的PCB文件能共享下吗? 相互学习下。楼主你Q是多少呢。我的是541062005 我加你也可以哦
hanhaicheng1
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助理工程师
  • 2015-1-28 14:18:16
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你好,电流-层-匝数。这个表可以发给我一下嘛。谢谢。hanhaicheng1@126.com
小胜
  • 小胜
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高级工程师
  • 2015-12-13 10:48:50
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感觉你这个仪器好牛逼呀
Freching
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LV1
本网技工
  • 2016-1-12 11:50:43
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可以加下楼主的QQ吗?我的是746186637我算出的结果怎么跟您的不太一样呢?
lswhome
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高级工程师
  • 2016-1-14 21:04:13
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