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【英飞凌DIY】超高效率达到95%的65W适配器

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rj44444
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LV8
副总工程师
  • 2015-3-15 23:33:34
做个小体积高效率的笔记本电脑适配器,体积参考联想某原装适配器,外壳尺寸134*36*30mm,计划样板尺寸小于130*32*25mm(实际尺寸115*32*25mm),目标半载效率高于93.5%,满载效率高于93%。
        先直接上传原理图初稿和PCB截图,后续根据实际情况补充方案介绍、相关计算,回板后补充测试结果。
        史上参数最详细的原理图,哈哈!
         
        

        
        

        PCB开始准备单面搞定,无奈要飞两条线,干脆双面得了,反正不做产品,这样来得快。
        

        
        
        


        整体思路:
        (1)EMI/防浪涌部分:采用两级滤波,一大一小两级共模电感,如果做成产品,调调共模电感感量,EMI肯定是能过的。输入加一个10mm的压敏,打浪涌的时候抗掉一部分压力。
        (2)初级整流滤波部分:为了做效率,NTC是肯定不准备加的,整流桥用KBJ406,单次浪涌电流可以抗到120A,对于适配器的浪涌要求应该是问题不大。由于 PCB尺寸对布局的限制,滤波电容只能用到100uF(120uF/400V的电容最小只能找到18*30的,PCB宽度32mm,放不下)。计算一下,最恶劣情况下,输入90V时母线电压大概能有85V左右。对于任意拓扑,母线电压越窄越利于效率的提升,QR也一样,电压范围越宽,低压下I2R损耗变大,而高压下频率升高,开关损耗又会增大。
        

        (3)PWM控制IC:ICE2QS03G这颗IC从功能上看应该和集成功率管的ICE2QR2280是一致的,只是将控制部分和HV启动部分独立。从个人角度谈一下这颗IC的优缺点。
        首先,这颗IC包含HV启动,这对低于100mW待机功耗的应用来说是必须的。
        其次,这颗IC可以提供从第一到第七个谷底完成切换,尽管谷底切换本身的作用变得不明显,但这种方式能够有效将轻载频率控制在一定范围内,对于效率有很大帮助。
        然而这颗IC同样想到的缺点包括:1.CS端的阈值电压偏高,这对于中等功率(50W以上)应用下的效率有一定影响;2.没有输入欠压/过压保护功能,当然,这受封装Pin脚数量的限制,HV启动导致必须采用缺省的SO8封装。
        (4)功率管在这次英飞凌给出的选项中选用了80R650,考虑到输入大动态和输出短路等情况下600V的管子耐压不够。
        

        样板回来了,晒一下部分物料照片
        

        
        
世纪电源网-雨晴
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超级版主
  • 2015-3-16 09:02:03
 
楼主加油
admin
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管理员
  • 2015-3-16 13:02:07
 
加油
世纪电源网-小王
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超级版主
  • 2015-3-16 13:02:57
 
加油任工!期待你的作品
atg525
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  • 2015-4-1 17:46:21
 
加油!
释迦雨果CN
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高级工程师
  • 2015-4-4 08:01:12
 
静等任工作品。
rj44444
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副总工程师
  • 2015-4-12 17:54:29
 
样板早就好了,基本上没做任何调试,上电后所有功能完全正常,在不同平台上测得,220V输入下满载效率分别为95.4%和94.5%,据经验,这两个平台一个偏高一个偏低,现在正在另一个平台进一步测试确认,请期待!
上图,同步管和开关管预留的散热器位置完全没有必要:











rj44444
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副总工程师
  • 2015-4-12 17:58:03
 
220V 满载 开关管Vds和SR驱动:






220V 半载 开关管Vds和SR驱动:





220V 1/4载 开关管Vds和SR驱动:










过压保护:
晗轩
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高级工程师
  • 2015-6-20 20:12:03
 
能问一句,你的HV那边不加限流电阻?母线Ipk电流直接到片子,片子抗的住么?
释迦雨果CN
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高级工程师
  • 2015-6-22 16:53:29
 
有啊,是四电阻并联的。
花儿
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本网技工
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  • 2018-4-12 08:51:44
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讲讲原理吧,看的一塌糊涂,感觉还不错做的东西
rj44444
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副总工程师
  • 2015-4-19 22:20:39
 
效率测试结果放上来:
输入电压

输入功率(W)

输出电流(A)

输出功率(W)

效率

损耗(W)

90V/50Hz

7.08

0.325

6.525

92.16%

0.555

17.28

0.8

15.991

92.54%

1.289

34.31

1.6

31.983

93.22%

2.327

51.58

2.4

47.99

93.04%

3.59

70.89

3.25

65.01

91.71%

5.88

110V/50Hz

7.33

0.325

6.537

89.18%

0.793

17.21

0.8

16.051

93.27%

1.159

34.11

1.6

31.99

93.78%

2.12

51.04

2.4

47.97

93.99%

3.07

69.61

3.25

64.98

93.35%

4.63

220V/50Hz

7.1

0.325

6.525

91.90%

0.575

17.27

0.8

16.002

92.66%

1.268

33.88

1.6

31.97

94.36%

1.91

50.56

2.4

47.98

94.90%

2.58

68.28

3.25

64.91

95.06%

3.37

265V/50Hz

7.1

0.325

6.525

91.90%

0.575

17.4

0.8

16.011

92.02%

1.389

33.92

1.6

31.98

94.28%

1.94

50.6

2.4

47.99

94.84%

2.61

68.44

3.25

65

94.97%

3.44

备注:
(1)板端测试数据
(2)功率分析仪型号:YOKOGAWA WT1600


jinlinzhang
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副总工程师
  • 2015-4-24 08:36:31
 
普通有桥整流QR的能这效率服了楼主。不过就算仪器误差一个点也有94%,不错了。
zhuxuanwei
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高级工程师
  • 2015-4-24 09:35:07
 
真的不错,做的可以,能不能分享一个图出来了,最好寄一块PCB板给我,自己做一个笔记本适配器用用,笔记本电源不行了,这样可以省成本
jinlinzhang
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LV8
副总工程师
  • 2015-4-24 09:58:15
 
寄板子估计难,让他分享下PCB和变压器资料看行不行。
rj44444
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副总工程师
  • 2015-4-24 11:22:11
 
板只有5片  目前没有了  回头发变压器设计规格
tornadojie
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高级工程师
  • 2015-4-25 00:39:35
 
输出同步整流IC是哪一颗?
jinlinzhang
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副总工程师
  • 2015-4-25 08:09:13
 
好像是NCP4305D,真心说我对95%的效率有所质疑。如果楼主有相关详细资料可能更有说服力。桥堆,开关管,供电,变压器,同步整流管及驱动供电,EMC元件甚至PCB都在吞噬效率。硅COOLMOS也远高于碳化硅 氮化镓材料的开关损耗。
rj44444
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副总工程师
  • 2015-4-25 08:43:02
 
效率在三家不同公司测过,这三家公司都是很大的公司,最高测到95.2,最低94.4,现在取的是我自己测试的值,居中,所以可信度不用怀疑。qr要做高效,确实有技巧,回头更新帖子。
jinlinzhang
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副总工程师
  • 2015-4-25 09:33:19
 
如果在三个平台测试过,那94.5%的最高效率我是相信的。其实QR要做好确实有很多技巧,我只是确认能达到而已,至于要求公开具体资料,个人觉得没那必要,大家都是要吃饭的,理解。我前面也说只想看看变压器参数。变压器参数是高效率中重要一环,但不是全部。
rj44444
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副总工程师
  • 2015-4-25 10:18:52
 
哈哈,没什么不能公开的,还真不靠这个吃饭,靠这个也吃不了饭吧?回头我把详细的东西发出来
rj44444
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副总工程师
  • 2015-4-25 10:19:06
 
哈哈,没什么不能公开的,还真不靠这个吃饭,靠这个也吃不了饭吧?回头我把详细的东西发出来
rj44444
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副总工程师
  • 2015-4-25 23:57:16
 
其实反激式结构,虽然器件屈指可数,但实际上抠起来,很多地方都是有讲究的。
1. 开关频率的选择。对于QR而言,如果满载在第一个谷底开通,开关频率将随输入电压升高而升高。在高压输入下,开关损耗成为主要损耗。而最高效率点通常在220V/230V输入下测得,为了追求这个最高点,降频成了关键。通常涉及变压器在低压满载下,这个时候,我们通常将频率设定在40--50KHz, 在变压器线包允许的情况下,尝试一下,把这个频率降到30KHz左右,高压输入效率点会给你意外的惊喜!
当然,降频导致感量增大,匝数增多,导致变压器绕组不好排列,这个时候,可能需要通过调整匝比来适当降低电感量。
2. 极低的漏感+极轻的吸收。变压器绕制采用初-次-初-次,初级串次级并的结构,同时保证每层排满,100KHz下实测漏感0.5%以内,相对于初-次-初的结构而言要低很多。极轻的吸收有极低的漏感和MOS耐压保证。这次MOS用了800V的,实测各种极限,应力最高稍稍超过600V,用650V的就够了。
3. 好的物料。这个适配器,大多数物料应该来说已经是用到最好的了。变压器PC95磁材,同步管英飞凌的IPP075N15(7.5mohm,150V),同步整流驱动安森美的NCP4305(看一下它的驱动上升时间和驱动能力),全部黑金刚的电容,常规适配器肯定支付不起这个成本。如果开关管用Rdson小一点的(当前是650mohm),低压效率会更好。







jinlinzhang
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副总工程师
  • 2015-4-27 08:25:52
 
说到点子上了,确实合理降频是减少开关损耗的关键(在器件一定情况下)低RDS是导通损耗降低主要因数。不过降频同时保持合理的体积性价比需要大量实践才能掌握其中平衡,也是汗水堆积出来的成绩。你的变压器绕法让我很受启发,很多东西变下思路都天堑成通途。不过改变思路的方法不为某团体所喜。
rj44444
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副总工程师
  • 2015-4-30 08:41:24
 
反激单变压器设计,确实就可以有无数的组合,也就有无数种可能。很多时候就是一种平衡,正如磁材,基本的材料组分是一样的,比例调一调,就能产生PC40,PC44,PC95等等。
小日
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  • 2015-5-6 09:59:31
 
楼主 效率这么高 能不能给个QQ学习下
rj44444
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副总工程师
  • 2015-5-6 10:53:34
 
站内给你吧,有什么问题,帖子里面可以提,大家一起讨论。
小日
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  • 2015-5-6 15:34:13
 
我想仿做一下或者跟这类似的 不知道可不可以
释迦雨果CN
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高级工程师
  • 2015-5-6 15:54:34
 
PQ95的磁芯;建议先寻它几幅。否则料不全的。
小日
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  • 2015-5-6 16:17:12
 
我自己做着玩的~

变压器我都是在网上直接找人做的~~~
至于材料 要是有买不到的 那就想办法替换
rj44444
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副总工程师
  • 2015-5-6 16:59:18
 
自己做,用PQ47/44都可以,网上也很好买,效率差不了0.5个百分点。
小日
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  • 2015-5-12 15:50:01
 
前几天结石 一直在医院
想问下C17那个NC是啥意思~
看你说不生产,我就想做一个出来,然后写一个论文~
不过这是不是不太好额,东西都是抄的你的。
rj44444
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副总工程师
  • 2015-5-12 16:15:18
 
NC:Not Connection。这东西也能写论文?现在的论文完全无门槛?
小日
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助理工程师
  • 2015-5-12 16:19:36
 
好的门槛还是很高的~
可以写额,只要有优点(效率高)就可以写。
小日
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助理工程师
  • 2015-5-12 16:21:38
 
这个C17不连,还是QR么?
是不是你用的mos管本身就可以起到Cs的作用额?
我刚才百度了下你次级的NCP的芯片,发现居然没的卖~
rj44444
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LV8
副总工程师
  • 2015-5-12 16:50:41
 
先理解一下QR的实质。
那个IC目前可能是买不到。
小日
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助理工程师
  • 2015-5-12 21:02:27
 
新人见谅啦~
我一直认为QR是:mos管并联的电容Cs电压不可突变,使得mos管关断时,实现“零电压”关断。
开通的时候,由于Cs和变压器原边发生谐振,使得电压最低值为输入电压减去反射过来的电压。
这样通过次变的过零点检测,在1/4周期后,mos管两端的电压最低时,驱动MOS管导通。
通过这两者使得损耗减少,效率提高~
小日
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助理工程师
  • 2015-5-12 21:12:37
 
假如没有这个C,我想“第二步”的实现仍然是不成问题的,因为反射过来的电压不会因为C没有了最小值发生改变,所以低压开通应该是不影响的。
但是没有了C,在MOS管关断的时候,应该无法实现低压关断~
是不是MOS管的主要损耗是发生在mos管打开的时候,而不是发生在mos管关断的时候?
这个不太清楚,因为开通和关断的瞬态过程没仔细看过。
rj44444
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LV8
副总工程师
  • 2015-5-13 08:45:36
 
QR只能实现近似软开,关断是硬的。损耗在开通和关断期间都会发生,所以特意把关断做快。
小日
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助理工程师
  • 2015-5-13 09:48:55
 
这个次级的芯片可以由什么可以买到的芯片代替么?
Infineon_Leo
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助理工程师
  • 2015-5-14 09:50:42
 
大把SR IC可以选择,用IR的同频整流IC吧,ICE2QS03G可以保证在任何时候都是在DCM,非常适合用在同步整流上面。
hechaocao
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LV2
本网技师
  • 2015-5-21 17:51:37
 
您好!ICE2QS03G能给些样品吗,多谢!
rj44444
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LV8
副总工程师
  • 2015-5-21 18:27:39
 
这个你要找英飞凌代理。
Infineon_Leo
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助理工程师
  • 2015-6-9 11:37:49
 
发邮件给我,帮你安排。leo.liang#infineon.com把#改成@。
rj44444
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LV8
副总工程师
  • 2015-5-14 12:01:30
 
你可以用买得到的NCP4304。TI,NXP,IR,MPS,Diodes等都有适合的驱动IC。
小日
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助理工程师
  • 2015-5-12 21:34:13
 
查看了一下资料,似乎mos管本身就有一个寄生的电容,这个电容是不是就能起作用了?
不是很清楚,还望前辈不吝指导一下~
rj44444
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副总工程师
  • 2015-5-13 08:46:32
 
QR利用的就是MOS管内部寄生电容。
小日
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助理工程师
  • 2015-5-13 09:30:45
 
谢谢您的指导~
gxg1122
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副总工程师
  • 2015-4-29 13:04:12
 
效率真高, 期待楼主详细更新帖子。
rj44444
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副总工程师
  • 2015-5-6 10:53:06
 
我感觉能够写的都写下了,有什么问题可以提出来。
shenhaiyumin
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高级工程师
  • 2015-5-22 17:28:27
 
这个变压器初级线径这么细90V满载时温升有点玄吧?
wszgrh
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本网技师
  • 2015-10-26 11:16:21
 
你好!能把65W效率95的变压器参数转份给我不,谢谢!wszgrh@163.com
NB227228
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助理工程师
  • 2015-5-23 18:20:55
 
输入90V时,你变压器的B值有算过么?应该超的一塌糊涂了吧!
rj44444
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副总工程师
  • 2015-5-24 20:00:10
 
你看看限流电阻和限流阈值电压算算不就知道了。
wszgrh
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本网技师
  • 2015-10-26 11:17:57
 
你好!能把65W适配器的高95效率的变压器参数发份给我不,谢谢,
SONG20080801
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高级工程师
  • 2016-3-18 17:29:55
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用料价格不菲吧,
aiddy
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本网技师
  • 2016-12-23 23:28:29
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请教一下,我试过将变压器的匝比增加,效率反而 变低了,所以我的反射电压一般在95v左右,如果定120v的话,效率低2个点左右。你的匝比是多少呢?
chenwei615743364
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高级工程师
  • 2015-5-13 17:19:21
 
和楼主一起实测满载效率>95%;
xuliang3242
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高级工程师
  • 2015-4-28 15:37:32
 
这效率真的挺高的,波形也很漂亮,板子很做的小巧,布局很紧凑,很不错啊,学习学习!
700457891
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本网技工
  • 2016-3-2 14:55:56
  • 倒数9
 
大师,你能不能把ICE2QS03G+NCP4305   65w原理图与变压器资料发给我一下嘛
maileyang
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副总工程师
  • 2015-5-5 18:34:35
 
膜拜!!
同事问我,为什么跪在地上看楼主的帖子。
kyo
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LV8
副总工程师
  • 2015-5-5 21:13:23
 
哎........瞧你这点出息!
小日
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助理工程师
  • 2015-5-6 09:58:56
 
我也跪下了
leoliang
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版主
  • 2015-5-7 17:03:21
 
已确认过效率最高可以达到94.5以上,WT210 ,WT1800 ,WT310都用过。待机功耗小于50mW.今天收到板刚测了一下。
rj44444
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副总工程师
  • 2015-5-7 17:16:44
 
效率确实是反复确认过的,三个不同平台。
释迦雨果CN
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高级工程师
  • 2015-5-7 18:00:37
 
效率确实需要用钱和水平堆出来的。
wanghaiting
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副总工程师
  • 2015-5-11 10:29:11
 
靠,三莹的电解啊,东西用的不错啊
rj44444
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副总工程师
  • 2015-5-11 12:47:49
 
黑金刚电容
lswhome
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LV6
高级工程师
  • 2015-5-11 11:19:29
 
然而原理图参数根本就看不清
lqf537503
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高级工程师
  • 2015-5-22 09:27:35
 
60W做到这个效率,可以不用散热片了。请问EMC过了没有?
rj44444
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LV8
副总工程师
  • 2015-5-22 14:03:11
 
没有测,有两级共模的位置,调调总是能够过的。
鑫越电子
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LV8
副总工程师
  • 2015-5-25 08:37:34
 
产品做的漂亮,效率蛮高的,
jx35578274
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初级工程师
  • 2015-5-25 14:20:48
 
看完好帖子顶一下! 感谢楼主无私奉献! 就是原理图上的参数有点看不清啊!能来个清晰点么!谢谢先
jx35578274
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LV4
初级工程师
  • 2015-5-25 14:23:36
 
请教楼主一个问题!看您提到加快MOS关断速度!指的就是Q3是么? 如果是的话,那跟平时的驱动电阻反并联二极管相比,速度是如何快的呢? 是直接对地泻放栅极电荷么?
rj44444
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LV8
副总工程师
  • 2015-5-25 14:27:58
 
针对驱动IC驱动能力不是很强的情况,这种接法理论上比反并二极管要好,相当于关断时驱动电流有一个beta的放大系数。如果IC驱动能力足够,这种方法和反并二极管应该是差不多的。这都是理论上的,实际这个影响有多大,我也没有测过。
jx35578274
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LV4
初级工程师
  • 2015-5-25 15:17:51
 
懂了 谢谢!
suifengpiaoyangfu
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助理工程师
  • 2015-5-26 16:12:06
 
好东西,要顶起,膜拜大神!
wg249395523
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LV6
高级工程师
  • 2015-5-27 16:08:20
 
感谢楼主的分享。
有几个问题想请教一下:
1.右下角的光耦电路(光耦加三极管)和上面的光耦加431的电路不冲突? 431那个电路也可以检测过压的吧?
2.90V满载是进入CCM模式?如果是,输入多少V的时候进入CCM模式?
3.我见到过同步驱动的频率为几百K,主电路频率为几十K的。你这个好像和主开关电路频率一样。请问这两种有什么区别?

rj44444
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LV8
副总工程师
  • 2015-5-27 16:34:33
 
1. 过压保护是需要单独做的,单点失效,输出电压不允许超过一定范围。
2.QR模式,不会进入CCM。
3.“我见到过同步驱动的频率为几百K,主电路频率为几十K的。你这个好像和主开关电路频率一样。请问这两种有什么区别?”你说的什么意思完全没有理解
wg249395523
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LV6
高级工程师
  • 2015-5-28 08:52:32
 

第一点 明白了
第2点 不会进入CCM,那QR最大可以做多少W(我做的都是LED小功率的)
第3点 有些同步整流的IC,驱动频率很高--几百KHZ(因为没有自己做过,不知道是否看错了),你这个和开关频率一致。两种有什么区别?
不知道这样是否描述清楚了?
rj44444
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LV8
副总工程师
  • 2015-5-28 09:29:29
 
2. 这个问题没什么标准答案,要看是否有PFC,输出电压多高。有PFC的,我用QR做过400W,48V输出。
3. 同步整流IC驱动频率几百KHz?那是它能够支持的最高工作频率。
yyuu123
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助理工程师
  • 2015-6-27 15:49:55
 
楼主,右下角过压保护原理请你能详细讲一下吗?不是很懂!谢谢!
Deshine
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副总工程师
  • 2015-6-4 11:56:58
 
厉害,
xing02100
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LV4
初级工程师
  • 2015-6-10 15:43:09
 
对真实效率表示怀疑!
rj44444
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LV8
副总工程师
  • 2015-6-10 18:33:10
 
不低于94.5,不用怀疑
luck2001
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LV2
本网技师
  • 2015-11-30 21:50:55
 
用料不错,器件也不错啊,拓扑也好。输出同步整流。
千年陈醋
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本网技工
  • 2017-8-24 14:52:46
  • 倒数2
 
前辈,能不能发一份资料给后辈学习一下呢?谢谢! 2297384560@QQ.COM
pengshengan
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LV6
高级工程师
  • 2015-12-12 14:56:32
  • 倒数10
 
不错的东西。请问目前实际效能多少
squallkobe
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LV1
本网技工
  • 2016-3-18 11:33:26
  • 倒数8
 
你好
可以提供變壓器參數和計算公式嗎?
另外想請問一下   要降低開關頻率是要調整甚麼參數? 變壓器的感量?  還是CS電阻?
black_cheung
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LV8
副总工程师
  • 2017-1-11 15:04:12
  • 倒数5
 
能否分享下变压器规格及清晰的PDF原理文档?
listenwinds
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LV2
本网技师
  • 2017-1-19 11:05:32
  • 倒数4
 
大师,你能不能把ICE2QS03G+NCP4305   65w原理图与变压器资料发给我一下嘛
44109358@QQ.COM
lijie5
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高级工程师
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