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【文原创】单级PFC原理分析及变压器设计(揭开神秘面纱)

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电子古董
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  • 2015-9-23 17:14:33
近年来LED照明行业发展迅速,不同商家对于LED驱动的发展也作出了巨大贡献,其中不外乎提高产品性能,和降低产品成本。
随着LED驱动的市场需求,原边单级PFC(即PSR+APFC)的控制芯片越来越广泛,也越来越成熟。各个IC设计生产公司都有自己的型号规格。但典型的电路结构有三种:1.以昂宝OB3330为一类的乘法器结构;2.以西力杰为一类的QR(准谐振),我公司类似这个结构,型号为CRM6513(以下将重点讲解);
其中,各种均存在各自的优缺点。乘法器表现最最不料想的就是开机(或输入电压突变时)时,输出电流过冲厉害;QR模式的CS很容易受到干扰。
      类似于这样的帖子网上太多了,我也有看过一些,但总感觉缺少点什么;似乎都是倒来倒去,没什么特点的说法;很难使学习者真正深入理解。所以,我决定再来重谈旧事,希望给一些初学者更深入的理解,给已经在应用的有疑惑的工程师们一个准确的答案。由于我上网的时间很是有限,该贴可能需要比较长的时间来处理,希望耐心等候。如有遇到紧急的技术问题也可以QQ私信我,我一定真诚答复。主要还是需要大家多提问,我尽自己最大的能力来答复大家;如有回答错误,望谅解!
在接下来的篇章中,我会花一些时间与大家讨论一下单级PFC设计时的注意事项;再来谈谈单级PFC的高频变压器的设计原理,和设计技巧;一个优化好的变压器,通常可以使整机工作效率提升2%-3%;变压器和MOS的温度可以降低10来度。
电子古董
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  • 2015-9-23 17:25:03
 
其实,单级PFC的工作原理基本一样,只是各个IC型号不同,有些功能不同。我对别的公司的IC了解不是很深,就以我们自己的IC来为类开始,给大家介绍一下单级PFC的工作原理;希望深入了解这方面的可以认真的看看;不感兴趣的请路过
我先上一个IC的原理图,上面有IC的各脚功能;

脚位功能图

脚位功能图

电子古董
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  • 2015-9-23 17:32:36
 
再上一个原理图…… 6513电路图.jpg
接下来就是要请大家去分析,这个电路与你现在在做的产品有什么不同?各自发表一下各IC各脚的功能差别,并讨论优缺点……
qq80644864
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  • 2015-9-23 20:20:55
 
从输入看起:

1、输入端就一个X,而且是104,看的出EMI直接不要了……
2、防雷,估计500V都有问题
3、VCC电容,10U,看你输出是18串,按3.3V来算是60V的输出,VCC电容明显偏小,如果输出再高点,估计低压输入的时候启动会打嗝
4、R11,R14两个100K并起来就是50K,这里的用的是贴片?还是插件?
5、驱动电阻,200R,不过EMI的机子,有必要这么搞么?
6、如果图中的变压器脚位就是PCB中的脚位,那这个板子布的也随意了点……

能力有限,只看到这些了,后面的继续补充
hodi_liwx
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初级工程师
  • 2015-9-24 16:34:59
 
补充:R6位置不对且过大,R18过小
qq80644864
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  • 2015-9-24 16:49:21
 
R6的位置是可以的,因为VCC的电压已经钳位,所以那里已经是低压;而大小的话,看他VCC的取值了

R18的话,大小还行,功耗0.12W而已
电子古董
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  • 2015-9-25 09:48:47
 
1.这个电路是精简电路,没有要求EMC或LVD;
2.这里的电阻都是贴片的,至于吸收用多大的电阻,要看变压器设计的是否合理;
3.至于PCB布局,关键要看PCB版面的排布是否合理,对于高低压间距,当然要满足安全需要;从一个原理图上是很难看出PCB的布局好不好的。
4.R6的位置为什么不对呢?R18的阻值为什么就过小了呢?因为各个IC不一样,可能有些参数是不一样的;
5.至于VCC的电容用到10uF,已经是够大了,我们正常的时候,全都是使用4.7uF;从没出过你说的供电不足、低输入电压波动的问题。你不妨试试看……很多东西就是这么奇妙……不了解不知道。
还有,栅极驱动电阻,就算是你不用过EMC,但也需要取合适的组织;为什么过EMC要用这么大的电阻呢,而不过EMC就不需要这么做呢?我猜想你们肯定是为了效率的问题吧。如果将这个阻值改小,是可以使效率提升一些。但你考虑过开机和关机的损耗吗?这个损耗不仅仅是损耗了一些功率;而知大大增加了变压器的开通峰值电流,大大增强了di/dt,因此也就大大增强了变压器的RF(辐射)。如果PCB布局不好的话,就直接是电源工作不稳定;特别是变压器的工艺做的不好的时候,干扰特别严重,使系统无法正常工作;尤其是中山这边,人家做个样品、小批都正常,一旦大批量,就出问题了。
一个好的工程师,考虑的不仅仅是纸面上的数据,应该是全方位的性能。
本帖最后由 电子古董 于 2015-9-25 10:00 编辑

qq80644864
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  • 2015-9-25 19:00:42
 
如果图中的变压器脚位就是PCB上脚位的话,可以确定你的PCB布局真不怎样的……1-6脚,是高压跟MOS的漏极,这两点,一个是高压,一个是动点。
而VCC这些线路会在IC附近,那么IC想当于被包在1-6脚之间,功率环路又大,难道这个布局很好?

驱动电阻上到200R,效率低了,带来的就是MOS的温度不是一般的高……如果用个10R左右的都能干扰到,只能说,你这布局确实走的不好
你说到的开通和关断的损耗,用了像你那么大的驱动电阻,确实损耗的厉害了。而不是电阻小了的损耗大。况且,这部分的损耗在导通损耗面前,真的只是一点点而已……
这种精简电路,中山的大把的做,一样的没看到出问题……
因为没看到你的作品,只看到纸面上的,所以只能从纸面上对你的作品评价,不然你可以把作品放上来大家欣赏一下?

本帖最后由 qq80644864 于 2015-9-25 19:05 编辑

电子古董
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  • 2015-10-7 09:58:00
 
首先,中秋国庆连假,我没有及时回复,望见谅!
我先上几个PCB图看一下,大家提提意见也好,我会虚心接受的
我也想说明一下,绘制PCB不仅是要考虑安全电压的问题,更需要是综合考虑;这个就需要看哪个是最关键的了。比如成本,变压器的绕制工艺,PCB大小,进出线的安排等等因素;
以下分别是50W的和36W的PCB……
电子古董
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  • 2015-10-7 10:06:41
 

50W顶层

50W顶层

50W底层

50W底层

36W顶层

36W顶层

36W底层

36W底层

qq80644864
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  • 2015-10-7 10:30:56
 
看到这个布局,我醉了
电子古董
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  • 2015-10-7 12:35:20
 
可否发个你的PCB来给大家欣赏一下……
qq80644864
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  • 2015-10-7 14:57:09
 
没必要发了,因为你觉得这就是好的布局,何必再去看别的呢
电子古董
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  • 2015-10-7 20:14:10
 
相互学习没什么坏处的,如果你不愿意,我也不勉其所难……
电子古董
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  • 2015-10-7 20:16:24
 
绘制PCB,第一需要考虑的是安全性和稳定性,也不一定是要好不好看。关键是,很多有技术要求的地方,能够很好的体现,那才是有真材实料的。

power雨点
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  • 2015-10-8 23:08:41
 
这2块PCB布的很差
qq80644864
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  • 2015-10-9 07:58:24
 
不只是我一个人觉得啊
电子古董
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  • 2015-10-9 09:09:35
 
呵呵,差在哪里?愿闻其详!
赵日天
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  • 2015-10-9 12:14:46
 
大师  别晒板子  快解密啊
qq80644864
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  • 2015-10-7 10:06:46
 
这些肯定是要考虑的,不考虑这些,随便去大街上找个人拉好线就搞定了……
电子古董
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  • 2015-10-7 10:12:04
 
从专业角度上来说,你MOS的栅极驱动电阻只用到10欧姆,肯定是错误的;
你今天不能理解,不接受,但总有一天你会理解的……

电子古董
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  • 2015-10-7 10:15:46
 
我还告诉你一个秘密,希望你不要告诉别人。如果栅极的启动电阻用的太小的话,开机引起的变压器原边峰值电流,很容易把IC的VCC给击穿掉,你有遇到过吗?
不要因为是IC损坏,就说IC不好,其实很多时候是大家的不经意的设计不合理造成的,或是工艺问题造成的……
qq80644864
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  • 2015-10-7 10:22:12
 
从没坏过……
电子古董
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  • 2015-10-7 12:26:17
 
没遇到最好!
gaohq
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  • 2015-10-7 11:34:04
 
VCC绕组上串个电阻再整流不就行啦 ?
电子古董
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  • 2015-10-7 12:29:10
 
这个要看问题的严重性,如果变压器参数设计不好的话,串个电阻是能好很多,也不能完全解决问题。
但我想,要设计一个好的产品,任何一个点都要是合理的,不能存有隐患,这才是最佳设计!
电子古董
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  • 2015-10-7 12:34:07
 
就像现在很多人做2.4G无级调光产品一样,为了给2.4G模块取电,又想省点成本,就采用QR模式的非隔离IC来降压到5V左右;其实这样做的风险是非常大的,很多工程师都会拍着胸脯并自豪的讲,我做了N个了,也没发现问题呀……
可是,往往问题就是这样发生的;当一个人知道问题的存在,谁也不会再这样愚蠢下去。关键是,很多人就没有发现问题的严重性,或者是说,没有这个能力去发现。
皖南stone
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初级工程师
  • 2016-2-24 20:09:15
 
占空比太小,稳定性着实堪忧。楼主不建议用,那不知道有没有好的解决方法?
皖南stone
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LV4
初级工程师
  • 2016-2-24 20:03:42
 
楼主说的VCC击穿不知道是不是说的犀利姐家的芯片?至于楼主说的开机原边电流过大会击穿VCC,这不知道楼主从哪里得来的结论!
固然不错,对于某些情况下 楼主加大驱动电阻,貌似是能从结果上避免VCC的击穿,但这是由于布局布线的不合理导致。如果按照楼主的理论:既然不过认证,那有为何在二极管上并了一个不算小的电容。加大电阻减小电流而有徒加电容来增加电流-----对此更是不解
50W的驱动楼主用了200欧姆的电阻,为了解决温升楼主用12N的mos和一个不小的散热器,我表示不解



chengong123
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本网技师
  • 2015-9-28 19:48:09
 
大师我问下啊VCC电容是怎么取的啊还有就是COMP电容用2。2uf有没有问题
电子古董
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  • 2015-10-7 09:49:31
 
1.VCC的电容一般是根据IC的工作电流是多少来取得,这个你可以查一下IC的资料,里面都有标注VCC的功耗的。你再找一个计算容量的公式,就可以算出VCC取多大合适。但是,现在的PSR+APFC的系列IC,功耗都在500uA以内,多以推荐VCC电容在4.7uF-10uF之间;当然,还要看你对启动时间的要求,以及启动电阻,IC启动电流的要求,来综合考虑使用多大的VCC电容了……2.COMP脚上的电容,是对CS脚上采集的电流信号进行RC滤波的;如果这个容量越大,滤波就越平滑,那么PF值就越高;如果容量小,PF值就低,但是响应速度快,对输出过冲有好处。
lahoward
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总工程师
  • 2015-9-25 01:26:02
 
关注中。我觉得既然带PFC,那最要紧的就是如何处理FB脚信号了,从电路上看乘法器是不可能了,剩下就是只能在芯片内部线性处理FB信号以取得FPC效果了。
admin
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管理员
  • 2015-9-23 17:34:48
 
古董兄,此贴必火哈!
单极PFC大家都会感兴趣的。
电子古董
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  • 2015-9-23 17:38:51
 
有关注的人,自然会火爆……现在差不多做电源都在做单级PFC,但有多少个工程师,能把这个玩得得心应手……???
关键是,有很多细腻的东西,不为大家所知,本帖希望从很多细节出发,来解释一些技术上的考量。因为,细节决定成败……
世纪电源网-小王
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  • 2015-9-23 17:41:54
 
我也预言一下 ,火
fooxleddriver
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  • 2015-9-23 17:55:41
 
这有什么呢?还不是一样
电子古董
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  • 2015-9-23 18:03:49
 
看问题要看关键,不要走马观花;
如果在高空看地上的人,都长一个样;高矮胖瘦没啥区别;当你站在一个讲台上,或者戏台上,你只能看到个子高的,还有吸引你的;如果你和他面对面,你能看清这个人长啥样子,如果你和他交谈,你能了解他的性格……不多说了,你懂得……对待技术尚是如此
huangtongyue
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高级工程师
  • 2015-9-23 18:43:15
 
芯片内部结构图能否上一份
电子古董
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  • 2015-9-25 09:22:13
 

内部结构框图

内部结构框图
内部结构框图-英文.jpg 本帖最后由 电子古董 于 2015-9-25 09:24 编辑

gaohq
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  • 2015-9-23 21:32:15
 
这个贴好 ,纵览网上的设计都是以ST的6562的哪篇 APPLICATION NOTE来谈的,期待楼主的讲解。
电子古董
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  • 2015-9-25 09:38:05
 
其实现在网络上讲得最多的,就是昻宝的OB3330CP;之前这个IC也存在很多问题的,改过之后,还算是比较好。就是PF值很难做到0.98以上,THD很难做到10以下;
对于一个高PF的电源来说,很多客户都要求全电压范围的 PF≥0.95;THD≤10%;输入带乘法器的结构,如果要实现这个功能,就要加大COMP脚上滤波电容;这样,必然会加长与MULT脚上的时间差,也就是响应速度降低,就会造成输出严重过冲,如图所示。 OB3330内部结构框图.jpg
chengong123
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LV2
本网技师
  • 2015-9-28 19:55:06
 
那COMP电容用多大合适我看有啊好多是1UF甚至更低的当然2.2UF我也看见过
电子古董
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  • 2015-10-7 09:43:39
 
COMP脚上的电容,是对CS脚上采集的电流信号进行RC滤波的;
如果这个容量越大,滤波就越平滑,那么PF值就越高;如果容量小,PF值就低,但是响应速度快,对输出过冲有好处。
long609689209
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  • 2015-9-24 15:05:55
 
先标记,等火了过来看看
myship02
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  • 2015-9-24 16:29:05
 
请把IC 的规格书上传一份,谢谢
电子古董
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  • 2015-9-25 09:26:44
 
AN_SY5830_honestar_leo.pdf (248.2 KB, 下载次数: 867)
电子古董
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  • 2015-9-25 09:28:14
 
目前输入不带乘法器的,我只知道西力杰的和我们公司的。
qq80644864
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  • 2015-9-25 09:59:39
 
古版要多看看别的厂家IC了,真的是躺地上一转,全是没乘法器的
电子古董
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  • 2015-9-25 10:03:37
 
我说的是不带乘法器的,只有西力杰和我们公司的
电子古董
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  • 2015-9-25 10:07:54
 
我看错了,还有那几家是不带乘法器的?
qq80644864
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  • 2015-9-25 10:25:33
 
世面上,这两年出来的芯片,全是没带了……国产的一堆
电子古董
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  • 2015-9-25 17:05:33
 
你是不是认错了,说几个型号来看看呗!
qq80644864
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我就列国产的一家就可以了,来数数吧,SD6800,SD6800B,SD6807,SD6802S,SD6804AS,SD6601AS,SD6601S,SD6602S,SD6602D。。。
额,打的累了,还是直接截图给你慢慢看吧……
111.jpg

222.png 这是框图,上面的IC基本是一个模子出来的,基本是这个框架结构
事先说好,我不是为士兰打广告……其他国产品牌的一样是这样的IC大把的(例如:芯朋微,莱士,绿达,赛威……等等等等……)功能大同小异,可能你所在的公司信息太封闭了,也有可能你太忙了……
qq80644864
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  • 2015-9-25 17:27:55
 
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这个是芯朋微的
qq80644864
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qq80644864
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绿达的
qq80644864
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  • 2015-9-25 17:35:46
 
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莱士的
电子古董
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  • 2015-9-25 18:29:15
 
这些确实不是乘法器的,我对别家公司的IC真不是很了解。我就知道台湾力奇的不是没想到这么快……
qq80644864
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  • 2015-9-25 18:49:04
 
市场上除了这些,还有大把的没听过名字的IC,也是没乘法器的,有乘法器的都是老掉牙的IC了……大家都是抄来抄去了,所以基本上是一个样的

一品狼
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本网技工
  • 2015-10-5 12:11:29
 
呵呵,很牛啊!

电子古董
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  • 2015-9-25 10:05:11
 
乘法器本身就存在诸多不足,就像单绕组非隔离一样的,有一长必有一短;也是存在很多问题;这些问题,你可以把它看成先天性不足。
lvjlong
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  • 2015-9-29 14:16:49
 
此貼必火!
电子古董
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  • 2015-10-7 09:36:16
 
有没有谁要讨论一下乘法器的弊端,还有准谐振的优点呢?
lahoward
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  • 2015-10-7 14:45:19
 
很想听听乘法器的弊端。
电子古董
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  • 2015-10-7 20:12:45
 
乘法器的最大弊端就在于输入信号(LN)取样与输出(CS)取样的时差,使得输出过冲特别严重。如果加大COMP脚上的电容,PF值能上去,但过冲更严重;如果输入电压不稳定的情况下,输出电流波动特别大,灯会闪烁;最严重的时候会直接烧掉IC;BCD早期的AP1628就是这个情况。
lahoward
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总工程师
  • 2015-10-8 01:10:40
 
对这个时差的说法不太理解,从时序上说LN的参考电压先建立,然后才有CS的电压与其比较,因此不知为何会过冲。
假如过冲是确实存在的,楼主是怎么解决的呢?
电子古董
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  • 2015-10-7 09:40:19
 
节日快乐!开心的国庆长假结束了,又要回到自己热爱的工作岗位上。
那么,我们也要谈一些有价值的东西。
如果大家不讨论IC本身的优缺点,那我就谈谈我们公司的IC的各脚功能吧。
估计很多人都了解透彻,特别是同行。但是,还是有些人不是很清楚,我们面对大家谈技术,高低层次本来就不同,希望高手绕道……
世纪电源网-编辑
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管理员
  • 2015-10-7 14:34:58
 
节日快乐
电子古董
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  • 2015-10-7 20:08:07
 
同乐!
lvjlong
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高级工程师
  • 2015-10-7 21:38:41
 
更新啊等着大师高见呢
learn-led
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LV6
高级工程师
  • 2015-10-8 09:31:59
 
标记下
qq759192157
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本网技工
  • 2016-2-20 23:37:21
 
nc965
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  • 2016-2-21 09:31:10
 
一个优化好的变压器,通常可以使整机工作效率提升2%-3%;变压器和MOS的温度可以降低10来度。
赞一个。
赵日天
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  • 2016-3-22 10:41:47
 
rise_sight
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  • 2016-3-24 11:06:59
 
顶起来学习一下

赵日天
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LV8
副总工程师
  • 2016-3-28 10:14:21
 
感觉一点秘都没揭开,楼主继续啊
linyong2004
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初级工程师
  • 2016-4-17 19:39:54
 
希望楼主继续开讲主题课  大家一起学习交流一下也希望有些高手 绕道而走。。。或者也重新开贴

赵日天
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副总工程师
  • 2016-4-22 18:07:14
 
古董老师不来了
clwclw
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高级工程师
  • 2016-4-22 12:10:07
 
已收藏
clwclw
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高级工程师
  • 2016-4-22 12:11:29
 
已收藏感谢楼主
一线光辉
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高级工程师
  • 2016-5-31 08:49:10
 
占楼学习
赵日天
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副总工程师
  • 2016-5-31 08:52:38
 
古董老师都不来了,还学啥啊,秘还没揭开啊悲剧


黑叔叔
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助理工程师
  • 2016-6-14 14:36:17
 
这贴真是虎头蛇尾,或者说是烂尾了?
赵日天
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副总工程师
  • 2016-6-14 14:59:22
 
我顶,古董老师不来了
mht820413
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高级工程师
  • 2016-6-16 13:49:56
 
标贴挡吗?
赵日天
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LV8
副总工程师
  • 2016-6-16 16:24:50
 
不是,解析了没解密完,等着学习
电子古董
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  • 2018-4-24 19:09:31
  • 倒数4
 
工作原因,没有来过,不好意思!
suiyi3
  • suiyi3
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高级工程师
  • 2016-6-17 16:41:34
  • 倒数10
 
搬个凳子来看揭秘~
小宝12733
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LV2
本网技师
  • 2016-7-24 10:55:39
  • 倒数9
 
坐等,谢谢分享。
shinychen
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LV2
本网技师
  • 2016-12-26 11:21:46
  • 倒数8
 
单级PFC原理分析及变压器设计
开了一个高深的课题,结果东拉西扯一堆和主题不搭的东西,再然后没有了, 这样好吗? 一年多了都没下文,哗众取宠
电子古董
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  • 2017-4-13 17:53:25
  • 倒数7
 
各位不好意思,由于工作原因,两年没有上世纪电源网啦;有需要的话,可以私下和我联系。不过这么久了,相信大家对这个东东早就熟透了,我也忘光光了……如果有需要的话,我还是愿意尽所能分享的
mht820413
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高级工程师
  • 2017-5-9 15:13:30
  • 倒数6
 
不能深入讲讲原理,变压器设计。都他**的是EXECL表,看来没有几个人弄的懂。
Deshine
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副总工程师
  • 2017-7-4 16:54:32
  • 倒数5
 
古董兄,啥时候讲变压器的设计?正好在弄MATHCAD
wyxdy2014
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LV6
高级工程师
  • 2019-1-24 13:17:49
  • 倒数3
 
继续关注
L1BB
  • L1BB
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LV6
高级工程师
  • 2019-9-4 11:42:35
  • 倒数2
 
希望能重新更下帖子


self21dianyuan
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  • 2019-9-4 19:25:27
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15年的FPC,学习
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