2014贺岁版5KW-DC/DC前级升压模块，最大功率8KW出锅咯

近段时间设计了一台48V-5KW前级，纠结了许久，最后决定了用6个立式EC49变压器，这样单个变压器功率品均在1000W左右，每个变压器刚好可以用一对MOS，这样就省的并联MOS而造成驱动麻烦了，每个MOS分别用1个图腾驱动，保证每只MOS都有充足的驱动余量。变压器采用初级并联，次级串联的方式，次级串联CBB的方式，利用变压器本身的漏感做谐振。这样就可以解决掉烦人的尖峰问题，这样只要前级一开环，尖峰就能马上压制住。目前测试过最大功率8KW下带载10S。驱动芯片依旧是3525，当然494也OK，个人爱好。下面是整机图片。


采用立式EC49,11+11针骨架，这骨架脚多，比较好分配引线，缺点是这骨架偏贵，偏门的东西就这毛病。
考虑到多个变压器并联，空载损耗会相对增大，所以劲量用较多的匝数来压一压。选用立式骨架的初衷目的有2个：
1是为了平衡高度，因为输出电容的高度，如果用卧式骨架会让2个高压电容显得很单调。
2是为了安装卧式MOS而省下空间，变压器左右2颗螺丝刚好是MOS的位置，这样布置能让MOS管的功率走线最短。偏磁的问题让它就见鬼去吧！


再就是采用卧式安装的MOS，那就必须使用卧式散热器，这样也会带来2个难题：
1是安装没有立式省事，批量效率偏低，散热器成本相对较高。
2是散热器的风槽散热对风扇的选取比较头疼，其实最初我估计是用不着风冷，其实不然。目前在3KW下长时间工作，冬天可以不用，但是5KW时没有风扇还是不行的。
卧式散热器最大好处就是机器结实，不会因为一些轻微的颠簸就抛锚。这样安装确实比较好看，这一点有些人就说了，好看不能当饭吃哈。



驱动板也利用卧式的方式安装，利用变压器和小元器件的高度差，填补剩余高度，因为立式驱动板的机器做的太多了，看腻了。所以想改改方案，驱动板用2铜柱加螺丝锁死。这样驱动板也不会因为松动而引起故障。当然驱动板下面也不能空着，下面装的是辅助电源。驱动板放上面是为了调试方便，谐振电容的小板也不例外，便于取下来调整谐振参数。

输入和输出的接线方式也是采用端子+螺丝的方式，很多人还是比较喜欢直接抽线出来连接，不知道大伙比较看好哪种？
其实我还恨不得直接从变压器端把输入引线抽出来比较剩事，这样就不用在PCB板底部加铜条。

输出高压电容选用高品质的日立电解，黑金刚当然更好，问题是真正的黑金刚还真不好找。输出端还加了一级LC滤波，劲量减少输出纹波电压。输出保护没有做短路保护，只是简单的用保险丝挡一挡，防止输出高压短路。几次短路测试下，保险盒都被保险丝炸飞了，机器都完好无损，用的是15A的保险丝。我想应该能抵挡一些意外短路故障而导致机器损坏的几率了。




说起来其实挺简单，做起来还真是免不了折腾，其实这机器最大的难点在于死区时间和谐振点上的调节，这也得感谢老寿老师的点拨，不然还真得费上好些时日才能搞定。下面把机器的波形发来上献献丑。
MOS管驱动波形


MOS管DS波形




下面把调试的一些经验和大家伙分享分享，很多人都认为推挽的死区时间越少越好，这样在满载的时候不至于电压掉得太低，所以把死区时间尽可能调到最小，这样一来，变压器的漏感电流还来不及把MOS管2段电压给抽取掉，MOS管就要被导通。这样就会在导通期间造成一定损耗。做过谐振开关电源的朋友就很清楚这一点。
下面是死区时间偏小的MOS管波形。

很明显可以看出，死区时间不够也会造成MOS管2端电压振荡，这是由于MOS结电容充放电时间决定了死区时间的大小，所以很多人认为并联MOS的大功率机器尖峰比较头痛就是这个原因。
到了这一步，是不是我们把波形整平了就算OK了呢，其实不然，这只算是完成了一一半。
我在调试的时候，还遇到一个纳闷的问题，我的机器波形好了，尖峰没有了，为什么变压器效率很低，管子发烫比较厉害，变压器线包也很烫。
我原来没找到原因时测试过效率，在小功率的时候，1000W的时候，变压器还算正常，效率有98点几，管子热量还比较小。当带载到2000W的时候，管子比较热了，基本上没有风扇散热是不行了。特别是变压器的线包非常汤手，带载到3000W时效率只有88%了。我就纳闷了，我就认为是变压器没绕好，可能是偏磁的原因。结果重新整了也不行。用的漆包线的余量也很充足，为什么还是一个原因。最后实在没办法就请教老寿老师，说到谐振电容大小才发觉，我的谐振电容容量和寿工的差距很大，结果仔细想想，怀疑是谐振频率过高。重新调整谐振电容和谐振死区时间后，一切正常。
原因是谐振频率太高，造成电流趋肤效应，功率管在谐振振荡反峰时电流应力过大，所以发热很大，效率低也是理所当然的了。那么我们要怎么知道谐振频率是否过高呢。
下面我把谐振频率过高的波形发上来给大家参考：


这张波形是在轻载下的MOS管DS电压波形，很明显可以看出，MOS导通后一个周期内，由于次级谐振的作用，导致MOS管关断后的电压上升后又下降，这样已经重复了2个周期。那么到这里我们就可以想，要想MOS管开环时波形平坦，这很容易就能做到，只要谐振频率是开关管驱动波形的整数倍就能做到。找到问题了这还不简单，往次级谐振电容上不停堆电容，直到谐振频率和驱动频率一致不就OK了。
看到这里，相信很多朋友以后都会了，谐振不也就是这么简单，不知道我该不该把这些东西写出来，因为我个人泡实验室半年了，唯一拿得出底的家伙就这些，不怕被人喷，确实是我没啥长进，眼看要过年了，也得拿点东西出来和大家伙们贺贺岁。
问题1处
不过咱这一写也不能让大家伙白捞，还有一个问题得让大家伙想想办法。不知道做推挽的朋友有没有发现。就是开机瞬间，3525软启动过程，由于占空比没有打开。变压器本身漏感和输出次级电容充电应力造成的MOS电压尖峰非常高，例如我48V输入前级，用200VMOS管，这尖峰在开机瞬间已经到达200V甚至会超过。危险很大，目前我只能用TVS嵌位在160V，但是这TVS嵌位可靠性还是挺悬，TVS也会有一定压降，电流越大，嵌位电压越高，就是说尖峰电流大时160V的TVS会升高到180V以上，总觉得治标不治本。
所以还得看看大家伙给出处注意。我是想到以后用谐振芯片，用固定死区时间变频的方式做推挽，不知道可行性高不高。
下面的别光顾着看哈，还得想想问题。