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原创 ADI设计赛

双模交替电源

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halfbridge
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LV3
助理工程师
  • 2019-9-21 21:23:36
    设计一款较好符合比赛要求的电源需对电源的各方参数做出整合和推敲。低纹波、小负载波动、高效率、低静态功耗均可用ADI芯片实现,但无法用同一个芯片达到所有指标的极致。
    解决方案为双路交替工作,功率级分别是LT8643S和LT8609,其中集成MOS开关的LT8643S可以在高频下实现快速响应的CCM模式,这款芯片还支持可配置的外部补偿,而LT8609可实现低空载电流并运行在较低的开关频率。



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QQ截图20200102134522.png
世纪电源网-SUN
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LV6
高级工程师
  • 2019-9-23 09:32:33
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感谢参与!可以多多更新设计过程和图片哦~
Ricardo_hacker
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LV2
本网技师
  • 2019-11-5 15:44:23
  • 倒数7
 
这有点复杂!
halfbridge
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LV3
助理工程师
  • 2019-11-19 09:35:28
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8645感觉做不动,就换成8609了,8609挺好使的,还不会出现大电感不稳定
halfbridge
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LV3
助理工程师
  • 2019-12-30 20:22:10
  • 倒数5
 
主要申请了LT8645S和LT8643S,后面又买了几片LT8609。
QQ截图20191230201655.png
halfbridge
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LV3
助理工程师
  • 2019-12-30 20:25:29
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LT8609工作在Burst模式下,实现空载和轻载的高效率,LT8643S以CCM工作在100mA到1.5A的输出电流段,且输出设定电压比LT8609高一点,当LT8643S开启时,LT8609的工作模式使其进入休眠状态。在满负载2A测试的条件下,对LT8643S进行降频,以提高这个电路的重载效率。
以上功能的实现需要低功耗的输出电流采样电路,使用精密运放采样输出铜迹电阻上的电流,范围在0.1A到2A。为了提高静态和轻载性能,读取LT8609的状态信息作为电流测量控制逻辑电路的启动信号,这可以通过驱动外部的独立MOS来实现。原理图如下3.1,共使用54.2UF的电容,符合赛题要求:
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图中电路分为三部分,第一部分为LT8643S构成的主功率回路,以及提供辅助供电的辅助线圈,提高效率指标,测试接口借鉴群友的SMA输出纹波、过孔焊盘作为输入输出电压测试点。
左下角为第二部分,这一部分为LT8609,只负责电路轻载的工况,弥补LT8643S芯片的不足,为了提高轻载性能,使用超大的反馈电阻,辅以交流反馈的电容弥补大电阻反馈造成的不足。与此同时采用检测轻载线圈的方式监测电路的工作状态,在合适的条件下唤醒电流采样和控制逻辑(包括功率回路的切换和变频)。

第三部分是控制逻辑部分,由精密运放OPA333构成精密电流检测电路,依靠铜迹方阻对输出电流采样,并根据电流采样的实际数值启动LT8643和降频操作,其中功率启动为50mA门限,变频为1.5A门限。控制逻辑使用低功耗运放LMC6482,加入正反馈和滤波提高电路逻辑切换时的可靠性。

QQ截图20191230201718.png
QQ截图20200102134522.png
halfbridge
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助理工程师
  • 2019-12-30 20:26:45
  • 倒数3
 
PCB图如下图4.1和4.2,为双层板,符合题目要求

PCB正面和反面着重设计了地回路,并对功率地和信号地进行分离,以提高电路的稳定性,滤波电容均匀分布在功率地附近,以降低地回流路径。

QQ截图20191230201732.png
QQ截图20191230201747.png
halfbridge
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LV3
助理工程师
  • 2019-12-30 20:27:52
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QQ截图20191230201756.png
QQ截图20191230201808.png
halfbridge
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LV3
助理工程师
最新回复
  • 2019-12-30 20:31:34
  • 倒数1
 
测试用到了示波器和特制的电子负载,主要的测试参数为以下五个部分:静态电流、125UA效率、2A下效率、动态测试、纹波测试。
1)      静态电流:
使用UT61E万用表测出静态电流为2.38ua


2)      轻载效率
轻载时输出电压为2.515V,在20K电阻负载的条件下,输入电流为33.42UA、输入电压为11.870V,效率计算结果为79.8%,测试图如下图5.4。
3)      2A效率
重载测试条件如下,输出电压2.579V,电流2.006A;输入11.63V,电流0.48A,效率计算结果为92.7%。
4)      动态测试
动态和纹波测试时电源工作频率比较高,可以达到2.56MHZ,
动态测试负载条件为MOS加1欧电阻和20欧并联,电流变化沿接近US级,动态测试波形

5)      纹波测试
纹波在1.2A负载下测得,幅度大概为2.6mV-VPP,波形如下:


结果汇总:
  
项目
  
静态电流
轻载效率
重载效率
动态测试
纹波测试
汇总
测试数值
2.38uA
79.8%
92.7%
34mV
2.6mV

预计分数
23.8
14.9
5.4
18.2
25
87.3

QQ截图20191230201927.png
QQ截图20200103131413.png
QQ截图20200103131358.png
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