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【原创DIY】15W模块电源制作

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汪洋0108
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LV1
本网技工
  • 2018-4-25 10:32:15
15W模块电源制作

尺寸31.80mm*20.32mm*11.20mm,4:1宽输入电压范围,典型输入电压为28V,输出功率15W,输出电压5V,输入输出要求隔离,具备使能控制和连续、自恢复短路保护功能,具体技术指标如下:
项目 技术指标
输入电压(V DC) 9~36
输出电压(VDC) 5.00
输出负载电流(A) 2.00
效率(%) 85
电压调整率(%) 0.5%
负载调整率(%)  0.5%
纹波/噪声(mV) 60
动态过冲(mV) ±150
动态恢复时间(uS) 400
环境温度(℃) ‐45~+85
1、控制芯片
采用TI公司的LM5026作为主控芯片。LM5026是一款峰值电流模式的PWM控制芯片,输入电压范围13~100V,具备输入欠压锁定、过流打嗝保护、软起动等多种功能,可提供最大3A的驱动电流,且最大占空比可调,芯片内部也可产生5V的基准电压,适用于带光耦隔离反馈的控制电路,可直接用5V基准电压为光耦供电。输出电压通过TLV431稳压器输出误差信号,与光耦ACPL-217配合输出一个反馈的电流信号到LM5026的COMP引脚,实现PWM控制。
2、开关频率
f=330kHz,考虑到DC/DC模块电源的输入电压范围在9~36V,输入电压较低(9~20V左右)时电路工作在CCM连续模式,输入电压(20~36V)较高时工作在DCM断续模式。
3、原边MOS管
选取漏源电压100V的FDMC86102,其漏极电流20A,原边的平均电流最大为不到2A。MOS管的导通电阻为24mΩ,有较小的导通损耗和开关损耗。
4、副边MOS管
副边用于同步整流管的MOSFET选用了Toshiba公司的TPN4R303,其漏源电压30V,漏极电流60A,导通电阻为6.3mΩ,门极电荷3.9nC。
5、副边控制芯片
本设计采用副边同步整流技术,选取IR公司生产的IR1167作为副边MOS管的控制芯片。同步整流MOS管初始导通阶段,变压器二次侧的电流先用过其体二极管导通,此时同步MOS两端产生一个负电压,随二次侧电流增大,二极管压降也在增大,IR1167芯片检测VDS电压,在其超过某阈值VTH2时驱动MOS管导通,进入同步整流工作模式;MOS管导通后会一直保持,直到电流下降使VDS降低到另一阈值VTH1时,此时同步MOS进入关断状态;由于此时电路中可能存在较快的电流变化,进而产生的电压若超过反并二极管导通电压,二极管会重新导通,重复进入初始导通状态。为防止干扰在此处引入消隐时间,当同步MOS两端电压为正且大于第三个阈值VTH3时,芯片输出PWM信号的消隐状态结束,重新进入下一开关周期的工作。
6、其他电路参数
输入滤波电感Lin取2.2µH,滤波电容Cin取两个4.7µF电容的并联,输出滤波电容C取330µF。主电路中位于初级侧的输入电流采样电阻Rsense,采用10mΩ的厚膜电阻。
7、保护设计
(1)  输入欠压锁定
LM5026内部提供了两级UVLO欠压锁定电路,在输入芯片2号引脚的电压超过0.4V时,芯片处于关断状态,内部电路不动作。当2脚的电压在0.4V到1.25V时,LM5026处于待机状态,此时芯片的VCC和REF调节器工作,芯片没有输出。当2脚电压超过1.25V时,芯片可以正常工作。本应用中通过对输入母线电压进行分压采样,输入LM5026芯片的UVLO端,当UVLO超过1.25V(即模块对应输入电压高于9V左右),芯片使能输出,电路正常工作。
(2)  限流保护
通过检测变压器原边电流实现限流保护功能。开关管下方串联一阻值很小的采样电阻R3,采样后的电流转换成电压,经放大器后输入到LM5026芯片的电流检测CS端。主控芯片内部将检测到的电流值与参考阈值Ilimit进行比较,芯片的CS端为PWM控制所需电流信号提供斜坡控制,为电源过载提供限流检测信号。
(3)  长时间短路保护
LM5026中,长时间短路保护是在限流保护的基础上进行的,同样使用到3号CS引脚。当短路状况出现时,重复触发限流保护,芯片内部的限流重启计时器启动,首先关闭PWM信号输出,延时一段时间后重新启动。通过RES端电容的充、放电,当电压达到2.5V阈值时,芯片将进入打隔限流状态,电源重新启动,过流现象依然存在时,重复打嗝保护,过流现象解除时,恢复正常。限流重启计数器可以设置成多种组合的限流方式,本文采用延迟打嗝限流方式,在打嗝限保护前先进入逐脉冲限流保护,保证短时间短路不会出现打嗝重启,降低电源损耗和芯片打嗝次数。

8、原理图

电路原理图

电路原理图


9、实物和PCB

实物

实物

31.80mm*20.32mm
3.jpg
4.jpg
顶层和底层布局

10、波形
5.jpg
启动和关机波形
6.jpg
满载和空载切换波形









XIAOTU80
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  • 2018-4-25 14:09:18
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控制芯片也是美国公司的
貌似咱们用的控制芯片美国公司的多?
其它国家的,国内的有哪些,谁可以给讲讲
也见过国内的控制芯片规格书,还有家日本的。
咱国内的见过。俄罗斯,德国,荷兰,好像没听说有啥控制芯片。
XIAOTU80
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  • 2018-4-25 18:08:36
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楼主抽空可以讲讲这个平面变压器的设计
XIAOTU80
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  • 2018-4-25 18:10:44
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输出功率2A,就是10W了
汪洋0108
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LV1
本网技工
  • 2018-4-25 18:43:30
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手抖打错了,不好意思哈,直接复制过来的表格有点丑,发帖的时候用的系统的表格插入的,然后打字就打错了
XIAOTU80
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  • 2018-4-26 18:53:19
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坐等楼主继续更新哈
何仙公
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  • 2018-4-26 21:20:57
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8层板的都不是做电源的
lwp766
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