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原创 原创DIY

同步四开关Buck-Boost 180W模块电源

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xueyiranpiao
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  • 2017-6-13 17:26:07
简介:本电源主要应用于电池充电,(电池为8串磷酸铁锂,10000mAH),0.6C充电;也可以用于其它适宜电压设备供电。主要参数如下:
1.输入电压20-40Vdc,输出30Vdc 6A。
2.Fsw:250Khz。
3.效率:标称满载高达97.5%。
4.待机功耗:<100mW。
5.纹波噪声:<500mv(20Vdc输入,输出30Vdc 6A,为490mVp-p;如果想要得到更低纹波噪声,请加大输入输出电容/用更低ESR电容。)
后面会逐步更新,原理图,PCB板图,计算参数,BOM,测试文档,温升测试等等,敬请期待!



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  • 2017-6-13 18:51:17
 
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Coming.Lu
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  • 2017-6-13 21:29:34
 
4管升降压,这是目前比较火的拓扑。
好多场合要用到,支持。
xueyiranpiao
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  • 2017-6-13 21:52:29
 
多谢版主支持
nc965
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  • 2017-6-14 08:41:14
 
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xueyiranpiao
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  • 2017-6-14 15:56:12
 
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liubin1109
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  • 2017-6-14 10:35:54
 
强帖留名,
xueyiranpiao
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  • 2017-6-14 16:06:24
 
谈不上啥强帖了,和大家一起探讨技术,共同提高。
dyjian
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  • 2017-6-14 11:07:53
 
用什么控制IC啊?
xueyiranpiao
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  • 2017-6-14 15:56:53
 
凌特的LT8705。
YTDFWANGWEI
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  • 2017-6-14 11:59:26
 
楼主准备用什么IC?我这里也准备做类似的充电板,现在在看凌特的一款IC。
xueyiranpiao
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  • 2017-6-14 16:05:05
 
对,用的凌特的IC做的,型号是LT8705,这款芯片性能非常好,缺点就是有点小贵,不过中高端产品用这款芯片很值。(电感计算稍微繁琐一点,而且计算完毕,可能这个电感值市面上没有,然后又要重新选取参数计算,最终达到一个合理的值,这个值还的需要在后期调试中来验证是否满足不同输入电压以及极限条件下性能。)
由于平时比较忙,更新会慢一些,后面会一点点讲解开篇的内容。
gxg1122
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  • 2017-6-14 16:10:56
 
期待楼主上传原理图,继续更新。。。。。
xueyiranpiao
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  • 2017-6-15 11:58:21
 
继续更新,原理图如附件。

Schematic.jpg
xueyiranpiao
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副总工程师
  • 2017-6-15 15:10:35
 
把几个主要的层上传,有时间在说一说此PCB板布线的一些要求。

BottomLayer.pdf

23.39 KB, 下载次数: 39

BottomOverLayer.pdf

8.56 KB, 下载次数: 25

MidLayer1.pdf

32.06 KB, 下载次数: 16

MidLayer2.pdf

31.72 KB, 下载次数: 19

TopLayer.pdf

27.79 KB, 下载次数: 25

TopOverlayer.pdf

26.67 KB, 下载次数: 25

xueyiranpiao
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副总工程师
  • 2017-6-16 11:32:33
 
PCB布局建议用4层板,主要是有一层为接地平面,且此接地平面无其他走线;所有的电流环路(本意为功率电流走向的一个闭环),走线尽可能短,以降低开关管等功率器件的di/dt;所有信号线,远离具有高di/dt和dv/dt的线,以减小耦合,尤其不能并行;等等这些规则都是常用规则,后面不一一嗷述了。
xueyiranpiao
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副总工程师
  • 2017-6-16 15:35:39
 
主要计算参数:
1.Rsense1
此电阻的计算,需要计算boost和buck两种模式下的电阻,然后选择小于两者,余量为最小30%,经过计算以及留取30%的余量,选取Rsense1=5mR,型号LRF3WLF-01-R005-F。
2.电感
电感的计算除了正常计算,还需要考虑次谐波震荡时的计算,如果计算出来有负数情况,可以把负数看作0.
经过计算电感为7.5uH,我们选取要大于此值,故选取常规10uH,型号CSBM1809-100M(科达嘉,国外的品牌要稍微好一些,但价格太贵)。
当然了,最终在调试以及温升测试的时候,需要验证此电感是否合理,需要综合评估。
3.MOS管
四个MOS管在Boost Buck-boost  Buck这三种模式中,充当的角色不同,进而损耗体现的是开关损耗还是导通损耗占主要地位等等不一样,需要深刻理解这三种工作模式,经过计算以及MOS管重要参数如何选取,综合选取型号为Q1, Q3 BSC039N06NS和Q2, Q5 BSC019N04NS G。
关于MOS管的选取可以参照以前我讲的这篇文章中MOS管的参数:http://bbs.21dianyuan.com/thread-211195-1-1.html
4.Rsense2
此电阻包括输入检测以及输出检测,本应用中,输入检测0R,不需要,输出恒流值计算按照公式计算后得到Rsense2,计算为12mR,恒流值(6A,本设计)全范围内可以在+/-5%以内。过流故障在8A。
5.输入输出电容
这个需要综合考虑ESR和容量,按照计算式子计算即可。
6.环路补偿计算
这个需要看穿越频率相位裕度增益裕度,经计算得到伯德图(见附件)都很合适。
7.其他计算都比较简单,所以不一一嗷述。
以上计算,必须要把datasheet读懂吃透,才可以下笔,否则会事倍功半。


bode图.jpg
xueyiranpiao
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副总工程师
  • 2017-6-23 12:54:50
 
补充两张实物图片,见附件。

1.jpg
2.jpg
YTDFWANGWEI
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版主
  • 2017-6-19 06:40:24
 
输出电流也不是很大,我看都选择的双管并联,有必要吗。
xueyiranpiao
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LV8
副总工程师
  • 2017-6-19 11:25:15
 
那个是预留位置,都写的NC,就是没有焊接,功率大的时候才并联焊接。
xueyiranpiao
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副总工程师
  • 2017-6-19 12:10:49
 
BOM单请看原理图,在此不上传了,原理图都是最新参数。
说明:NC为不焊接的元器件。
xueyiranpiao
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副总工程师
  • 2017-6-19 12:16:00
 
继续更新温升测试:
详见附件,测试条件,30Vdc输入,工作于Buck-Boost CCM模式,输出30Vdc 6A。

温升测试.jpg
fanren1
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高级工程师
  • 2017-6-19 16:23:05
 
贴贴精彩 都值得学习 继续支持
xueyiranpiao
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副总工程师
  • 2017-6-20 08:43:33
 

接下来打算说说此IC的三种工作情况:
即Boost Buck-Boost Buck,工作原理。
szyqzhao
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本网技师
  • 2017-6-20 11:12:19
 
占楼学习!很不错支持楼主哦!
xueyiranpiao
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副总工程师
  • 2017-6-21 11:12:35
 
先给出简化开关模型,见附件。

开关简化图.jpg
xueyiranpiao
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副总工程师
  • 2017-6-21 11:37:46
 
Boost区,各开关工作波形如附件。
此时,M1始终处于打开状态,损耗主要是通态损耗,M2始终关断。
M3处于开关状态,相当于Boost的MOS管,M4处于开关状态,相当于整流二极管,只不过用MOS管替代属于同步整流概念。
这两个波形相反,之间有很小的死区时间。

Boost区.jpg
xueyiranpiao
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副总工程师
  • 2017-6-22 14:18:13
 
Buck-Boost区,各个波形如附件。当输入电压和输出电压比较接近的时候,进入此区。

Buck-Boost区.jpg
xueyiranpiao
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  • 2017-6-27 12:05:20
 
Buck区,各个波形如附件。
此时,M4始终处于打开状态,损耗主要是通态损耗,M3始终关断。
M1处于开关状态,相当于Buck的MOS管,M4处于开关状态,相当于续流二极管,只不过用MOS管替代属于同步整流概念。
这两个波形相反,之间有很小的死区时间。
Buck区.jpg
YTDFWANGWEI
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  • 2017-7-4 09:27:46
 
如果M2始终关闭,那么M1的驱动能量从哪里来的?
xueyiranpiao
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  • 2017-7-5 10:02:05
 
M1由IC内部自己控制,使其始终处于打开状态,在Boost模式,工作原理简述如下:

Boost区工作原理简述.jpg
YTDFWANGWEI
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  • 2017-7-5 10:54:58
 
逻辑上是这样,但M1的驱动能量却是只有在M2开通的时候才能得以补充的,所以,即使BOOST模式,M2也有开通的时刻。
xueyiranpiao
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  • 2017-7-5 12:33:12
 
版主是不是看错了啊,在Boost区,M2怎么会开通?就是一个简单的Boost电路,M1一直开通,然后M3是MOS管,M4是同步MOS管替代整流二极管。
利用中午吃饭前,草草写几笔,版主肯定对这个熟得不能在熟,主要为为网友考虑。

Boost原理.jpg
YTDFWANGWEI
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  • 2017-7-5 12:50:55
 
如果是纯粹的BOOST电路,你这么分析肯定是没有问题的,但问题这是跟单纯的BOOST还有区别吧?最直接的问题就是,如果M1一直开通,M2一直不导通,那么M1的驱动需要的能量从哪里来呢?
YTDFWANGWEI
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  • 2017-7-5 12:51:59
 
我没看你这个IC的资料,我是从LTC4020的资料上看到的这个。所以你说M1一直导通,M2一直关闭,我才问你M1的驱动需要的能量从哪里来。
xueyiranpiao
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  • 2017-7-5 14:14:37
 
LT8705内部框图如附件,能量所需如第二个附件内容:大体意思如下:
顶端和底端的MOS驱动器,LDO33引脚以及大部分内部电路的电源从INTVCC引脚获取(其实就是我们常说的能带隙)。INTVCC是从VIN或者EXTVCC引脚调节至6.35V(典型值)而来。当EXTVCC引脚被置于开路状态或者是连接低于6.22V(典型值)电压时,一个内部LDO从VIN来调节INTVCC。如果EXTVCC高于6.4V(典型值),另一个LDO将从EXTVCC来调节INTVCC。
GATEVCC引脚直接为M2/M3底端MOS供电.GATEVCC始终连接至INTVCC,并且不能由任何其他电源供电或者连接至其他的任何电源。
我的取电是从输出取电,连接至EXTVCC脚。
刚才版主说M1的驱动能量从哪里来,上面讲了GATEVCC了,然后通过自举电路连接至BOOST1引脚,进而进行高边驱动,驱动脚为TG1。

并非原文翻译,加入了自己的一些理解。


LT8705内部框图.jpg
能量来源.jpg
YTDFWANGWEI
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  • 2017-7-5 14:54:34
 
是啊,如果M1一直导通,M2一直关闭,自举电容CB1有充电回路吗?
YTDFWANGWEI
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  • 2017-7-5 14:59:47
 
我现在用的LTC4020,刚才我查到的3780,都是四管的,驱动电路原理一样,所以电路工作逻辑也应该一样,你可以测测你的工作在BOOST模式下,看M2是不是也有瞬时的导通脉冲。
xueyiranpiao
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  • 2017-7-5 16:38:56
 
我用LT8705这颗IC也有2个月了,从开始看datasheet,到产品的调试测试,没有你说的这种情况。
在上电瞬态,软启动前几十ms,M2会有驱动波形,然后消失,直到软启动达到大约2.5V,软启动完毕(总时间约100ms,1uf电容),并且在输入掉电时也会出现此情况,但是这不影响正常工作,IC内有自己上电掉电一套逻辑。而且现在IC都有上电自检掉电复位等这些最基本的功能。
版主是问得自举电路的能量从哪来?
关于这个在附件中有描述,由于工作太忙,就不把英语翻译成中文了,



自举电路.jpg
YTDFWANGWEI
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  • 2017-7-5 17:04:27
 
这个确实跟我看过的这两个IC原理不一样,他有一个独立的BOOST充电控制逻辑部分。。。
xueyiranpiao
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  • 2017-7-5 17:07:24
 
我把内部框图自举电路电容充电控制部分圈出来,方便大家理解。
自举电路充电控制部分.jpg
YTDFWANGWEI
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  • 2017-7-6 08:10:47
 
我英文不行,不是看的很明白,大概意思是不是说BUCK工作模式下,输入高于输出,所以可以通过输入-boost电容-输出的路径给BOOST电容充电,BOOST模式下,输出高于输入,可以通过输出-BOOST电容-输入给M1的BOOST电容充电?
xueyiranpiao
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  • 2017-7-6 14:36:30
 
翻译如下:当LT8705工作于升压区或降压区时,顶端的M1或者M4会持续导通。这将防止各自的自举电容CB1或者CB2通过硅二极管DB1或DB2再充电。升压电容充电控制块(图1),可在这些场合中使适当的BOOST引脚保持充电状态。当M1始终导通时(Boost区),将自动从CSPOUT/BOOST2引脚吸取电流以根据需要为BOOST1电容充电。当M4始终导通时(Buck区),将从CSNIN/BOOST1引脚吸收电流为BOOST2电容充电。后面的是注意事项,就不翻译了。

YTDFWANGWEI
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  • 2017-7-5 13:04:18
 
看技术资料第14页结尾跟第15页开头,每10个周期,M1会关闭300nS
xueyiranpiao
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  • 2017-7-5 14:18:05
 
,版主你是看得LT8705这颗芯片的datasheet吗?
14页尾15页初讲的是软启动部分。

14页尾15页初.jpg
YTDFWANGWEI
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  • 2017-7-5 14:51:42
 
晕,查的是8705,标题也是8705,但内容是3780.。。。。
未命名.JPG
xueyiranpiao
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  • 2017-7-5 16:41:56
 
版主还是从官网下载datasheet好,其他地方不能保证正确性和最新性。
凌特的网站需要翻墙才能打开,如果不翻墙,网站一般上不去,网页打不开的,这也是凌特需要提高的一个很大的缺点,网站登不上,资料无法下载。
dyjian
  • dyjian
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  • 2017-7-6 08:57:00
 
Linear Technology - 搜寻结果 http://www.linear.com.cn/search/search.php?q=LT8705
可以打开,不需要翻墙
xueyiranpiao
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  • 2017-7-10 09:36:01
 
嗯,凌特被ADI收购后,网站确实快了一些,但是有的时候还是慢,我一般翻墙,很快。
YTDFWANGWEI
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  • 2017-7-10 16:10:22
 
老胳膊老腿,翻不动墙了
xueyiranpiao
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  • 2017-7-11 10:21:08
 
我给弄个梯子,
xueyiranpiao
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  • 2017-7-5 10:16:33
 
如果版主,也在做类似的东东,这款IC确实是不错的选择,从开始到现在已经验证很久了,这款IC性能绝对没得说。
并非为凌特做广告,
另外,凌特出了一款9开头的新的IC,相信不久就会推广,大家期待吧。
YTDFWANGWEI
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  • 2017-7-5 10:56:42
 
因为公司内部由别人已经用过,所以我现在用的是LTC4020,这款IC还具有防倒灌功能,而且可以通过外部基准调整充电电流。
xueyiranpiao
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  • 2017-6-23 12:58:06
 
补充温升测试图片,见附件。
3.jpg
xueyiranpiao
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副总工程师
  • 2017-7-3 14:13:08
 
恒流输出时,可以调节电阻R26,IMON-OUT脚,恒流/过流点计算公式参照一下(输入输出计算类似):
恒流以及限制.jpg
计算公式.jpg
OnLy_you201314
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  • 2017-8-1 14:02:54
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温升测试用的什么仪器?

xueyiranpiao
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副总工程师
  • 2017-8-1 14:42:16
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TMP-16 多路温度巡检仪
admin
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管理员
  • 2017-7-4 08:59:24
 
王版  楼主也是山东老乡
xueyiranpiao
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  • 2017-7-5 10:11:05
 
嗯,而且离得特别近,
alexzcy
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初级工程师
  • 2017-6-28 11:27:07
 
标记一下,支持楼主
ruohan
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高级工程师
  • 2017-7-4 08:18:59
 
价格是不时很贵啊
xueyiranpiao
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  • 2017-7-5 10:09:51
 
因为买这个IC,每家都有某种原因而价格不同,我只能给个范围50-70元之间。
但是自从凌特被ADI收购后,这种“稀奇古怪”的IC,也在降价;但是在这我还是重申一点,有些东西不要把价格看的太重,尤其是汽车级的东东,还是把高可靠性放在第一位。

westbrook
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副总工程师
  • 2017-7-4 10:54:38
 
楼主,这个应该是用于控制IC的demo板调试吧。我之前申请过TI的demo板,基本差不多。
xueyiranpiao
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副总工程师
  • 2017-7-5 09:54:44
 
这不是DEMO板,和DEMO板区别还是有一些的,并且用的IC的封装不同,不同的封装,功能略微有些诧异,封装图见附件。
另外,DEMO板图也见附件。

DEMO板图.jpg
封装图以及功能引脚定义.jpg
xueyiranpiao
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副总工程师
  • 2017-7-5 10:20:02
 
TI的东东,不是太敢苟同,具体例子不说了,说了有诋毁TI的嫌疑,是一款BMS IC,很多厂家深受其害,而不得已换凌特的IC。
当然对于应用场合不是太苛刻的情况下,TI的IC还是不错的。
YTDFWANGWEI
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  • 2017-7-6 15:22:32
 
呵呵,这样说才有诋毁的嫌疑,将具体的问题说出来反而没有嫌疑。不过我们一直用LT.
xueyiranpiao
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副总工程师
  • 2017-7-10 13:49:55
 
呵呵,不是我不想说,是我写完了,一发送,说我存在非法文字,已经拒绝过两次了。我就说此IC的型号吧,其他的内容发不上来。
bq76PL536A  

liubin1109
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  • 2017-7-6 08:57:49
 
8705有天生的缺陷,用过的都知道,哈哈
xueyiranpiao
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副总工程师
  • 2017-7-6 14:20:08
 
凌特的东西不会吧,我用了2个月,目前没发现啥缺陷,以我多年对datasheet的理解,吃的很够了,而且也调试测试过,没发现啥问题,除去上电瞬态,软启动前20-30ms外,这个时间段,有内部一套自己的逻辑,不会出啥问题。
如果有缺陷,请这位仁兄赐教,我好去测试一下在,谢谢。
xueyiranpiao
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副总工程师
  • 2017-7-6 14:40:33
 
对了,这位仁兄,说话要负责任的,请把缺陷告知,以便更多的工程师了解,以避免不必要的精力财力物力的投入。
另外,凌特的东东,对布线要求规则特别多,而且需要工程师对datasheet吃的很够才能下笔,会不会是这里面哪个环节有问题,而冤枉凌特的东东,请这位仁兄明示。
YTDFWANGWEI
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  • 2017-7-6 15:24:02
 
是的。我现在一直没有做PCB的原因就是因为前一个同事用,两个产品的PCB,一个可以正常工作,一个有问题。
xueyiranpiao
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副总工程师
  • 2017-7-7 12:12:28
 
是不是布线规则有点问题?或者计算的电感对不对?尤其是输入输出电压在2:1外,要留意次谐波的出现,需要重新核算电感。
YTDFWANGWEI
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  • 2017-7-7 13:31:12
 
应该是布板的问题。我现在开始设计原理图,先做一版熟悉一下这个IC。然后做正式产品。
liubin1109
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初级工程师
  • 2017-7-6 18:28:10
 
你只是在一个环境温度做了实验,远远不够的。另,我做的是300W。
xueyiranpiao
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副总工程师
  • 2017-7-7 12:10:30
 
LT8705资料显示,一般单个模块功率在250W以下,如果超过250W需要多模块并联实现。
本司实验低温条件有限,只从10-45度做了验证,超出这个范围没有验证,但是我个人推测,如果出问题,很大部分是LT8705的datasheet没有吃透,尤其是布线规则,凌特的东西对布线很敏感。
另外,请这位仁兄说一下缺陷的问题吧,也好为大家日后遇到问题提供捷径。
YTDFWANGWEI
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  • 2017-7-7 13:32:34
 
直接就说问题再哪里不就完了,都是搞技术的,相互交流可以避免走弯路。
xueyiranpiao
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副总工程师
  • 2017-7-10 14:01:22
 
不知道这位仁兄太忙了,没空回复,还是本身就不愿意回复,还是就随口一说,凌特的这颗IC有问题,都这么久了,没有回复。

liubin1109
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初级工程师
  • 2017-7-10 19:16:44
 
我只看到你一张测试时的温度曲线图,输入输出电性参数也没有,要赞就赞的更美一点吧,多来点图。输入电压最低20V->CC模式输出加满载,室温测试2小时就行;
输入电压最高40V->CC模式输出加满载,同样是室温测试2小时;
深圳目前大概30度,无所谓啦,我也希望是我布线有问题、数据手册没吃透,这样每个产品能省个3毛钱。
xueyiranpiao
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副总工程师
  • 2017-7-11 10:20:06
 
20V、30V输入,以及40V输入,都测试过,输出满载,4个小时,模拟电子负载老化。(对应于Boost/Buck-boost/Buck)
另外也分别在20V 30V 40V输入,拿8S磷酸铁锂,100AH的作为负载充电,这个大可放心。(做了几个循环了)
现在唯独没有做的就是,低温下测试,老化。
常规的测试文档,黑盒/白盒测试,本来想发出来,但是鉴于公司规定,最后作罢。
在截三个图吧
MOS管的,电解电容的等等各图形就不上传了。

电感各电流图.jpg
YTDFWANGWEI
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版主
  • 2017-7-11 11:23:12
 
效率如何?
xueyiranpiao
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副总工程师
  • 2017-7-11 12:02:52
 
97%-97.5%之间,30度下,30V输出,满载测试(分20V 30V 40V输入三个点测试的)。
如果在往高处做效率,意义不大,提高一个点的效率和成本的增加比例差太大。
YTDFWANGWEI
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  • 2017-7-11 12:31:20
 
可以了,再提高确实没意义。
sfzhiye
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助理工程师
  • 2017-7-12 17:11:08
 
关注一下
xueyiranpiao
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副总工程师
  • 2017-7-13 17:02:57
 
在谈一下输入电压范围很宽,而且最低和最高输入电压,和输出电压比值在2:1以外,功率较高时,除了重新核算电感,防止次谐波的出现,MOS管一般都是并联M1 M3,因为这两个是Buck Boost中的开关管,损耗最大。 剩余两个MOS管一般不做并联。当然如果用到极限了,M1 M2 M3 M4都要并联,但前提是功率在250W以内,超过这个功率不建议使用单板,需要多板并联使用。
xueyiranpiao
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副总工程师
  • 2017-7-14 14:23:53
 
应用场合:
1.通信
2.电池相关充电
3.超级电容后备
4.其他非隔离DC/DC转换

xueyiranpiao
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副总工程师
  • 2017-7-18 11:12:17
 
关于此模块电源貌似没有在多些该讲的了,大家有啥疑问或问题请提出。
三峡土老帽
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本网技工
  • 2017-7-18 15:00:03
 
学习
xueyiranpiao
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副总工程师
  • 2017-7-18 16:31:02
 
今天上个图片,9-50Vdc输入,32V 6A输出,给超级电容启动的充电波形,12S 360F电容,单节2.7V。
详见附件
TEK00001.PNG
qinxiaofeng6888
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本网技师
  • 2017-8-2 11:49:35
  • 倒数6
 
我们用了另一个类似的IC,安森美的,但是IC很难吃透,还有MOS 的接法不懂啊
xueyiranpiao
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副总工程师
  • 2017-8-2 14:31:57
  • 倒数5
 
根据多年经验来看,凌特的IC是最难吃透的。
除了对拓扑结构很熟悉外,英国历史必须过关,如果不过关,那就google翻译,一点点的翻译成汉语去理解,没有啥好方法。
只有对IC的datasheet看懂了,后面才可下笔画PCB,到后面的调试,测试,温升测试,老化等等。
qinxiaofeng6888
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本网技师
  • 2017-8-3 11:58:03
  • 倒数4
 
现在的问题是除了IC外,4个MOS也是很挑,换了几家国产的MOS都很快荡机或者烧掉,用了仙童的才好些,现在FCC不过,麻烦。
xueyiranpiao
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副总工程师
  • 2017-8-3 16:18:01
  • 倒数3
 
我用的是英飞凌的MOS
qinxiaofeng6888
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本网技师
  • 2017-8-10 15:59:58
  • 倒数2
 
版主好,请问一下D1和D2的作用?谢谢!我把D1和D2去掉电路也可以工作
xueyiranpiao
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副总工程师
最新回复
  • 2017-8-10 16:38:48
  • 倒数1
 
这两个二极管是自举电路的一部分,主要是为高边驱动供电,我上面有讲到的。
D1 D2去掉,电路也可以工作,这个从原理上讲不通啊。
temp4201
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高级工程师
  • 2017-7-29 09:29:24
  • 倒数10
 
正是我想要得哦
xueyiranpiao
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副总工程师
  • 2017-7-31 20:48:42
  • 倒数9
 
那就拿走吧,不客气,
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