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【英飞凌DIY】有源钳位准谐振电源

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释迦雨果CN
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  • 2015-3-30 16:42:06
样品收到了。呵呵!打算做个有源钳位的高效电源。各位大师多多指导啊!
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  • 2015-3-30 16:43:41
 
样品共两种:2QS03G 80R1K4CE
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  • 2015-3-30 16:53:52
 
2QS03G是个准谐振PWM IC。不知实际工作情况咋样。
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  • 2015-3-30 16:57:50
 
英飞凌的这颗IC确实有点意思,完全是为二次光耦反馈设计的控制网络。
为光耦反馈提供了更稳定的特性,但给一次预稳压带来些麻烦。
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  • 2015-3-30 21:12:42
 
仔细阅读数据表,发现这颗IC有个软启动功能,有12毫秒的软启动时间。
从启动噪音看,理论上会小许多甚至无声。但是另一方面,估计需要比较大启动电荷。换句话,估计需要较大Vcc启动电容。不知道用过的大师,你们有啥感觉?你们取多大Vcc电容
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  • 2015-3-31 10:35:40
 
看了些书;发现开关电源基本上都是:
工频输入——EMI/C——工频整流——滤波——高频逆变——高频整流——高频滤波——输出
从高频整流或高频逆变部位反馈
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  • 2015-3-31 10:37:18
 
虽然随着技术进步;电源效率在提高。但是;仍没有受到摩尔规律的驱动。
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  • 2015-3-31 10:38:58
 
从链路看;貌似损耗主要集中在:
工频整流 高频逆变(含变压器) 高频整流 高频滤波
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  • 2015-3-31 10:40:10
 
由于这次DIY的目的是最终做个高效的电源,希望能从这几方面着手。
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  • 2015-3-31 10:42:04
 
高频部分本打算用有源钳位。但是在444大师建议下,感觉换个更简单可靠;效率又差异不大的方案是个不错的注意。先静等他的指导吧。
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  • 2015-3-31 10:44:27
 
先从貌似最简单的工频下手吧。
由于二极管桥的压降大多在1.2~1.5V,当做150W左右电源时,桥的损耗可能会接近2W。所以;计划用同步整流来减轻损耗。
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  • 2015-3-31 10:57:19
 
经对于这个功率的电源;在AC220V时的输入电流有效值约1.3A。如果换做0.19欧500V的MOSFET,在不计入体二极管辅助导电情况下的损耗约为0.32W,整桥损耗会低于1.3W。
因此;如果计入MOSFET体二极管损耗,应该至少能提高0.6%的效率。
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  • 2015-3-31 10:59:38
 
查了一下英飞凌数据表,首当其冲的选了IPP50R190CE。据说;这种管子成本可以降到类似国货水平
真这样,那就太牛了。。。
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  • 2015-3-31 12:38:58
 
由于驱动是50Hz为周期的低频开关,准备用无源驱动方式工作。
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  • 2015-3-31 14:07:21
 
上个无源自驱同步整流,大师们指教一下,有啥错误没。

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  • 2015-3-31 18:13:23
 
如果按150W功率;大家觉得多大电流互感比比较合适?是否有潜在风险?一直没有百度到有人这样用的。
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  • 2015-3-31 21:06:03
 
计划用EE16做互感器,用EE16换散热器,感觉还是核算的。仔细算一下。。。
hwx-555
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  • 2015-4-29 09:46:47
 
整流方式有点新意
与二极管相比,这种效率可提升多少?是否浪涌要敏感一些?
释迦雨果CN
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  • 2015-4-29 13:07:25
 
从现在实验看;大体能提高1~2个点。低压多点高压少点。
随着MOSFET价格走低,用起来慢慢的变的没有压力了。
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  • 2015-4-29 13:10:12
 
AC90V出100W;这组无桥不带散热器的温升不到12C。无需浪涌!
无桥整流要比整流桥安全,MOSFET是可以忍受击穿的,只要限制能量就不会坏。桥就没那么爽了。
hwx-555
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  • 2015-4-29 14:58:26
 
得升效率,器件价格会不断降低,觉得会是以后发展的方向
YTDFWANGWEI
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  • 2015-4-1 11:41:13
 
你这个损耗,是输入工频整流桥的损耗,用同步整流?
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  • 2015-4-1 11:42:31
 
是的;计划用同步整流来减小整流桥的损耗。不知王工是否能给些指教。
YTDFWANGWEI
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  • 2015-4-1 11:46:04
 
没接触过,只是见过无桥的几篇文章。
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  • 2015-4-1 11:48:21
 
我也正郁闷此事,没任何信息。尽早垒板试一下,将结果分享给大家。
xkw1cn
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  • 2015-4-1 12:38:07
 
挺有意思的想法。增加几个脉冲,就能PFC。
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  • 2015-4-1 17:30:48
 
第二步;减小工频滤波损耗。
查了一下江海CD297 400V电容的ESR/20C:
400V330uF电容ESR/20C:
典型值:563mohm
最大值:804mohm
400V220uF电容ESR/20C:
典型值:844mohm
最大值:1206mohm
400V100uF电容ESR/20C:
典型值:1858mohm
最大值:2654mohm
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  • 2015-4-1 17:31:49
 
?就近用一个大电解还是用小些的并?
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  • 2015-4-1 17:38:23
 
这是297系列的介绍,按数据表;应该是电容越大正切损耗角越小。可这里的正切角为啥与容量无关?难道还有Ls?


江海电容:http://www.jianghai.com/mall1.aspx?type=1&pid=CD297
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  • 2015-4-1 21:10:06
 
现在,1812封装的表贴电容;已经可以买到630V2.2uF,这类电容在ESR上有绝对优势,做10x10矩阵的面积也不大。如果排除成本因素,是否可以用在这里?
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  • 2015-4-2 11:11:05
 
大师们是否有啥建议?
暂且确定用两100uF电容并吧,至少电容表面积比较大。电容也比较矮。
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  • 2015-4-2 11:13:49
 
从数据表的正切角看;至少电容的非容性阻抗未随容量增大而减小。依次;并联电容的做法至少可以减小高频阻抗到原来的1/4,即便ESR并未减少。
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  • 2015-4-2 11:50:52
 
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  • 2015-4-2 17:58:02
 
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  • 2015-4-2 18:18:06
 
有源钳位:

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  • 2015-4-3 20:57:30
 
逆向道通,可能会引起Coss的变化。不知考虑过没有。
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  • 2015-4-4 08:05:04
 
数据表中,该管二极管反向恢复时间仅220nS。看似超快,秒杀许多对手,不知实际咋样。不知如何测量实际的恢复时间或电荷?
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  • 2015-4-7 15:25:03
 
同步整流:

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  • 2015-4-7 16:57:11
 
为抑制可能出现的振铃,电路有意设计成近似理想的单介参数。
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  • 2015-4-7 17:00:20
 
同样;为保护电流,加入了R42。一旦输出电流超过阀值;电源将进入恒流模式。
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  • 2015-4-7 21:31:50
 
如是,该电源有陡的截流特性,可以适应LED负载恒流驱动和老化限压驱动。
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  • 2015-4-7 21:48:41
 
如前面所示,为提高电源可靠性,在一次增加了辅助稳压网络,保证在光耦等失效时;电源输出任被控制的可接受范围。
xkw1cn
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  • 2015-4-8 08:55:06
 
光耦失效机理是啥?在何种情况下会比较容易失效?是啥失效状态?
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  • 2015-4-8 09:49:24
 
光耦可能是工程觉得最简单和明晰的器件之一。无非是LED+三极管或二极管与三极管等的组合。在实验室;貌似非常皮实。
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  • 2015-4-8 09:51:56
 
但;就这么一个器件,失效却是非常诡异的。它有不稳定失效和稳定失效两种模式。
尤其是不稳定模式;会表现出今天炸鸡明天好的怪异现象,且一般不会轻易重现。
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  • 2015-4-8 10:22:45
 
从结构上讲,光耦是封装在树脂壳里的一对光发射、接受系统。发射端为LED;接收端为基极暴露的三极管或反偏的二极管。
二、三极管分别被焊在各自的平台上;并用金丝将电极分别绑定到对应管脚。
为提高一二次分离度,有些光耦会在二次设立屏蔽网,以减弱空间电容等场耦合效应。
在两者之间是填充的透明冻装物,起透光及绝缘作用。
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  • 2015-4-8 10:26:46
 
填充在一二次间的冻状物,是一类比较亲水的物质。常温下非常柔软和易于切割,和常见的果冻等非常类似,只是看起来更纯一些。
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  • 2015-4-8 10:44:02
 
究竟光耦里面是啥样?让我们化作一鱼;游入其中,科幻一下。
IC内是一球星空间,里面充满了透明的“水”,在这“水晶体”中;恍若在一个幽谷,幽谷中部;左右各有一个平台。左侧的平台上;有盏耀眼的红灯,它是如此的光芒四射;将幽谷照的如同红色世界。
右侧中部;是一个有着栅栏的平台,台上有块幽蓝的宝石。红光透过栅栏;散落在蓝宝石上;泛着蓝紫色的幽光。
蓝宝石正上方铺着一块方毯,上有两根金线连到远方。天穹和大地反射的红光撒在毯上;分不出色来,夹杂这蓝宝石的光芒,红红的一片。
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  • 2015-4-8 13:34:01
 
右侧蓝宝石里;在红光的照耀下,有蓝白色小球自上而下的流动着。小球将宝石内壁照的如同幽幻宫殿,一闪闪的反射着星光。
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  • 2015-4-8 13:35:52
 
慢慢的;红光一点点暗下,蓝宝石中的小球随之减少。。。直到红光熄灭一颗;最后一粒小球也消失在宝石中。。。
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  • 2015-4-8 13:54:46
 
原本明亮的空穹,随灯的慢慢熄灭也变得越来越昏暗,穹顶也慢慢压了下来。一切变得寂静;四周被黑色包围,见不到一丝影子。
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  • 2015-4-8 14:04:55
 
左侧灯光慢慢亮起,红光照在穹顶如一抹朝阳。远远看去;红灯如同一块巨大的透彻无暇美玉,静静躺在台上。一根金线从玉石中间飞起;连到远处。金线上泛起微微淡蓝的火环,微微吱吱响着;沿金线上下滑动。
红光就是从这块无暇美玉中发出的,虽然天空还不太亮;但宝石中心已经刺眼的发红。。。
慢慢的;光越来越强,宝石中的红心也从一点慢慢扩大。。。越来越大。。。如火样溢出。。。淌满整个空间。
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  • 2015-4-8 14:09:41
 
右侧的蓝宝石也苏醒了;在薄薄的晨光下;宝石中心;遄过一个蓝白小球。随着光线越来越强,小球也越来越多,如糖葫芦般串着从一头流到另一头,慢慢的连成蓝白柱支在蓝宝石中。
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  • 2015-4-8 14:11:04
 
这就是光耦的正常工作过程
ruan5058
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  • 2015-4-8 15:31:37
 
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  • 2015-4-8 14:17:24
 
先看一张照片:

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  • 2015-4-8 14:19:20
 
这就是光耦中的透明冻状物。由于某些原因导致冻状物中间出现了一道裂纹。
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  • 2015-4-8 15:18:02
 
由于是冻状物,这种裂纹通常是可自愈和不一定完全显现的,但也会因跌落撞击或温度骤变随时出现。
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  • 2015-4-8 15:28:55
 
大家不知是否有这个经历,当晴天;路过玻璃幕墙的时候,在某个角度;幕墙反射的阳光特别刺眼?
这就是透明体的全反射现象。冻状物中的这个裂纹;在特定角度也能发生这种现象。将局部光线遮挡在一次侧而导致光耦CR值下降。
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  • 2015-4-8 15:33:30
 
由于这种现象有自愈性,故障会自己恢复而很难重现。所以;这类故障有一定随机性和不可重复性,很难在工程实践中找到故障根源。连器件都不用换就会自己变好了。
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第二种失效形式:

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  • 2015-4-8 21:34:27
 
这就是传说中的爆米花效应!看尖头所指,爆开的腔体。
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  • 2015-4-9 13:37:51
 
通常;这种爆米花效应多没剧烈到如此地步。初期;湿气渗入;导致三极管漏电流偶然增加而失效。随着时间推移;湿气会进一步腐蚀绑定线和其它金属层,导致电气性能不稳定。
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  • 2015-4-9 11:32:58
 
器件本身质量或低温高湿保存后,空气中的水分子会通过封装壳体渗入到透明体内。在高温焊接时;水分子气化导致产生空泡。气泡对光学影响与上面讨论的裂纹比较近似,导致器件暂时性休克。而气泡的不稳定性也导致故障不容易重复。
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  • 2015-4-9 11:34:04
 
对于电压较高的应用;这种故障还有绝缘等的潜在风险。
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  • 2015-4-9 11:38:30
 
特定情况下;剧烈的气化效应还会连累绑定线;导致松脱。

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  • 2015-4-9 13:57:06
 
从前面分析;故障的交点是透明体发生了变异。因此;国内一些厂家有了这样的产品:

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  • 2015-4-9 14:03:00
 
当然;对于特殊要求高可靠场合,光耦也是可以DIY的。
以TO-52等金属外壳三极管为基础,顶部开孔二次封装的光耦,用起来相当的酷。
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  • 2015-4-9 14:05:11
 
鉴于光耦的失效;有些高可靠电源已经拒绝使用光耦器件。
这次DIY;作为功能验证,增加了光耦失效保护电路。
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  • 2015-4-10 18:07:23
 
失效保护采用一次比例反馈预稳压电路,如29楼示,由R20/31/32 D4 Q7组成。
图示预稳压值为21.5V。调节R31;可以精细调整预稳压值。R32为反馈比例调节,它决定开环增益比例。
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  • 2015-4-13 11:25:33
 
PCB符号图:


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  • 2015-4-13 11:29:16
 
PCB图:总体图:

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  • 2015-4-13 11:38:06
 
PCB顶层:

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  • 2015-4-13 11:39:56
 
PCB底层:

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  • 2015-4-22 18:52:49
 
仔细阅读了数据表;发现该IC是输出稳压的;驱动电压10V
简直棒极了!
简化电路;辅助线性稳压电路去掉!Q10短路;R30、D5去掉!
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  • 2015-4-23 21:39:38
 
如图看到,该电源以高压大电流输出为蓝本设计的。
为演证该板通用性,电源计划做成20V4.5A这样较低电压通用适配器参数。随此,电源取消了输入输出继电器。特此说明。
如果大家有啥建议,请不吝赐教。
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  • 2015-4-22 22:31:26
 
分享实验结果(1):
无桥整流:


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  • 2015-4-22 22:33:34
 
如此无散热器裸奔;整流输出2A,温升大约12C。
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  • 2015-4-22 22:39:34
 
实际测试波形:
交流电流与驱动逻辑信号。

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  • 2015-4-28 21:56:01
 
板子已经可以输出输出20V4.5A。由于时间问题;该板只用了无桥整流。其它都为传统方式:RCD吸收,同步整流等。计划后续都一一补上。
变压器按正常产品设计,漏感9.6uH。低压工作时的电源效率92%左右。明天上详细结果。
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  • 2015-4-28 22:11:01
 
先上个AC220V满载工作波形:

rj44444
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版主
  • 2015-4-28 22:59:05
 
这个无桥有点意思,,不知道是否有量产使用的案例。
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  • 2015-4-29 13:14:12
 
查了一下;这个方案;我可能是首个使用并公布分享的。没找到量产案例。
我这做了比较全面的测试,还是相当稳定的。无论冲击还是稳态过压欠压等;都没有坏过。
aninstone
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  • 2015-6-13 03:02:06
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工频使用软磁?
s471085307
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  • 2015-4-28 23:21:17
 
无桥的好处是不是提高效率啊
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  • 2015-4-29 13:15:44
 
提高效率相当明显,基本上拿掉了整流桥的损耗。尤其在中大功率或要求高效的地方;相当的有用。
st.you
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  • 2015-4-29 16:40:47
 
用在后级有PFC的场合,好像实现起来有点麻烦吧?
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  • 2015-4-29 22:41:00
 
如果要加入PFC;只要采用图腾柱PFC控制、维也纳控制、无桥控制其中的任何一种就可以做到有源PFC功能。
所以;只加控制即可;不用再加PFC功率器件。
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  • 2015-4-30 21:14:03
 
这个无桥已经将硬件搭好了,只要加入控制就可以工作。如果愿意;当然也可以加驱动来提高性能。
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  • 2015-4-29 22:43:08
 
上个效率曲线:

呵呵!原始数据做的;线不是很平,多包涵。
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  • 2015-4-29 22:53:34
 
板子俯视图:

小日
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  • 2015-4-30 16:07:41
 
大神 膜拜
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  • 2015-5-13 10:43:11
 
分享工作波形:
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  • 2015-5-13 10:45:11
 
空载:

CH1:MOSFET漏极波形
CH2:电流采样电阻波形
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  • 2015-5-13 10:50:45
 
轻载时;MOSFET漏极波形:

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  • 2015-5-13 10:56:02
 
满载同步整流时的MOSFET漏极波形:

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  • 2015-5-13 11:04:37
 
MOSFET漏极电压;栅电压;电流取样电阻电压三者关系:

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  • 2015-5-13 11:07:29
 
MOSFET关断时的MOSFET漏极电压;栅电压及电流取样电阻电压三者的细节:

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  • 2015-5-13 11:08:56
 
注意ZVS判断依据及沟道电流、位移电流、调制电流及寄身电容电流关系。
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  • 2015-5-13 11:13:19
 
低压重载下,有源钳位+同步整流的MOSFET漏极、栅、源波形:

小日
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  • 2015-5-13 15:31:41
  • 倒数10
 
效率多少
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  • 2015-5-13 15:48:13
  • 倒数9
 
93.7%
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  • 2015-6-2 10:15:07
  • 倒数8
 
不知大家注意了没有,97楼图中的电压电流及驱动在关断瞬间的波形。
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  • 2015-6-2 10:16:17
  • 倒数7
 
蓝色是电流取样电阻上波形。绿色是驱动,黄色是漏极。
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  • 2015-6-2 10:22:37
  • 倒数6
 
首先;驱动关断时的米勒电流,将源极电流分流。驱动在蓝色波形的顶峰右侧下拉了一个明显的台阶。
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  • 2015-6-2 10:25:51
  • 倒数5
 
这个米勒电流相当稳定,但却非常特殊。带有非常强烈的超级结的特性。即有米勒电流;漏极电压却没建立。。。。
这是一个非常变态的问题。
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  • 2015-6-13 03:05:18
  • 倒数3
 
有啥好变态的 电压滞后电流
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第一台阶电压并未滞后。
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