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UC3842单端反激开关电源调试跟踪

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huxuzhan
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高级工程师
  • 2015-6-19 01:22:21
(18楼,36楼,已有调试过程
第一次在这里发帖,只为了能和大家一起讨论一下反激式开关电源。
由于第一次发帖,先简单介绍一下我个人的情况。
学习开关电源设计已经有一段时间了,11年毕业那会儿搞的是嵌入式软件,硬着头皮搞了两年终于确定自己没那个天赋,整天被乱糟糟的代码搞的焦头烂额,抽着烟,皱着眉头敲代码,是那段时间的回忆。13年来到深圳,本来还没确定转行结果找工作时歪打正着干起了硬件设计,主要是做传感器电路设计各种放大电路采集电路等等,在硬件这方面似乎有那么一点感觉,就决定以后就做硬件了,可是我总是不消停,又对开关电源感兴趣了,说干就干。工欲善其事,必先利其器,于是乎泰克示波器、福禄克万用表、功率计、数字电桥、红外测温仪、高压探头、(高频电流互感器:太贵,自己用高导磁环做了一个,效果很不错完全够用,就是有点麻烦,测电流时要焊根线穿过磁环)以及各种磁芯骨架、漆包线、胶带、芯片、mosfet、、、、、、、好嘛,前前后后一万多出去了。其他各种各样的小工具应有尽有,我居然还买了个电子秤,真不知道什么时候能用到。
好了,扯的有点远了。从年前开始看书,主要是是,开关电源设计3版,和,精通开关电源设计,这两本开关电源中的圣经还真不是那么好啃的,反正我是啃了半年多才算看完一遍,可是回头前面看的基本快忘玩了,只有个印象了。不管他现在正式进入实验阶段,一边看书找资料,一边开始设计。今天刚刚把PCB画好,这就准备发给厂家打样了,打样之前,还是先让大家给把把关比较好,可以把一些不必要的错误改改再打样。这次的设计主要就是为了折腾的,为了充分了解反激式开关电源的工作原理,我没有使用那种集成mos管的芯片,而是使用uc38xx芯片自己设计外围电路,自己计算变压器参数,自己选择mos管、各种二极管等等,这样灵活性也大,能更好的看到各个点的波形。方便分析。甚至反馈环路我都在一个电路里设计了两个不同的反馈方式,当然不能同时焊上去。先不废话了,看看我设计的这屌炸天的原理图吧。





先帮我看一下这个图有没有致命的错误,比如上电会不会爆炸?有没有将来无法弥补的错误?大家看到了,原理图中既有辅助绕组电压反馈,又有431加光耦。当然这两部分电路不会同时焊上去,我为了以后做对比实验用的。还有PCB一并奉上。







嗯!···啊,说明一下,由于不是做产品,只是为了做实验,所以板子画的有点太放肆了,100*100mm的,做过板子的都知道,网上打样这个尺寸以内是最便宜的。为了调试方便我还特意在空旷的地方画了一片~~~洞!洞!板!是不是很奇葩?
时间不早了,得赶紧睡觉了,大家先看看哪里必须要改的,欢迎大家拍砖,也欢迎像我一样的新手在这里讨论。如果你有好的实验想法也欢迎提出来,只要我这里有条件做,我一定尝试,并把结果公布出来。可能也有一些前辈对这个幼稚的设计不屑于看。可是每个电源工程师都是要经过这一过程的,更何况我现在还不是电源工程师,这些都是自己在家倒腾的。我现在工作上的任务还是仪器仪表功率放大等等。只是跳槽之前总得外练一下筋骨皮吧。

huxuzhan
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高级工程师
  • 2015-6-19 01:25:06
 
对了,都忘了说一下设计参数了。
设计目标是:
AC90-260输入,频率50KHz,输出12V5A,效率计划在75-80%,
烟花易冷
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LV6
高级工程师
  • 2018-4-5 09:21:39
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前辈,你这个效率是怎么确定的?
huxuzhan
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高级工程师
  • 2015-6-19 01:41:20
 
我设计的变压器情况是这样的:
磁性选择EE28,匝比6:1,初级绕组30圈,线径0.71mm,主输出5圈线径0.5,四股并饶,辅助绕组5圈,线径0.21,单股。。气隙,计算为0.44mm,初级电感计算为196uh。垫了四层马拉胶带,测得初级电感为210uh,差不多了。初级漏感约7uh。
这些算出来的参数有什么问题吗?我用网上的一个磁芯计算工具验证了一遍基本差不多,但我还是坚持使用了自己计算的参数。,软件让我用EE30,结果我只买到了EE28.也能绕下。还挺宽松。
图片是我做的变压器和找的一个电容(比变压器还大)


huxuzhan
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高级工程师
  • 2015-6-19 01:46:28
 
mos管使用12n60,肖特基使用20100,辅助绕组上的二极管用FR107(似乎有点不协调,主要是手头有这个)
开开鼠
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  • 2015-6-19 08:21:51
 
输出二极管建议用200V的,全电压的最好选的大点。辅助绕组用FR103就可以了。
变压器主匝比可以的。
huxuzhan
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高级工程师
  • 2015-6-19 08:47:02
 
谢谢指点!输出整流二极管的耐压,我是这样算的。变压器匝比为6,开关管导通时,加在初级上的电压最多是260*1.414=368V,368/6=61V,所以选择100v的管子,耐压还不够用吗?是不是会有过冲,或者什么电压尖峰?,如果使用耐压更高的二极管,一般导通压降也会大一些,这样岂不是对效率不利?,那个FR107,主要是手头正好有这个管子,就地取材了,当时也是准备找个耐压100V的1A的管子的。
谁与争风
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高级工程师
  • 2016-3-8 09:58:53
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手头有什么就用什么  反正是做着玩  我也这样

huxuzhan
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高级工程师
  • 2015-6-23 21:40:40
 
悲催了,刚看一些关于开关电源PCB布局布线的书籍,发现犯了个致命又弱智的错误,初级主回路我居然画了那么大一个圈,里面还圈了一些元器件。。PCB实在华强PCB做的,都已经发货了,明天该收到了。问下有经验的大侠,这样问题会有多严重,还有没有补救的办法。
gaohq
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  • 2015-6-23 22:40:55
 
割铜箔,直接拉线。
hellbaron2008
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副总工程师
  • 2016-1-18 22:00:14
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我感觉没事。。。
开开鼠
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副总工程师
  • 2015-6-19 08:27:19
 
原理图上C8建议用到0.1uF去,7脚也加个0.1uF吧,另外R6的上端接线点最好能接到电感后面去,R9选大点,建议弄个1-5.1K左右的样子
PCB最好能主功率器件互相靠近点
huxuzhan
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高级工程师
  • 2015-6-19 08:57:04
 
谢谢,C8好办,到时候我直接换一个,反正封装都一样,7脚是应该加个。那个R6的取样点,我以前做saber仿真时,曾试过放在后面,结果居然震荡输出一个正弦波????当时仿真时用的150uh电感和1000uf电容,怀疑是LC滤波网络的存在导致反馈不够及时。于是就挪到前面又仿真,结果输出正常。R9的选择,我也是不知道多少合适,这个我就按你说的换一下。PCB的mos管,我是故意放到边上,到时候好装散热片的。
ponder735
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助理工程师
  • 2015-6-19 08:56:38
 
5A?一般每1A输出电容要有1000uF。从PCB来看,初次级都混在一起了,这很危险。初次级应该以变压器、光耦为界,两边分开,间距大于7mm。原理图上,光耦取样点建议从电感前,输出电阻电压取样建议从电感后以提高电压调节敏感度。
huxuzhan
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高级工程师
  • 2015-6-19 09:04:12
 
谢谢。输出电容的选择,我也是完全不知道怎么计算或者多少合适,也没有个经验值,所以就随便选了1000uf,我在saber仿真时也是用的1000,输出一个锯齿波的波形,锋锋值约0.3V,所以先这么用,手上也有2200uf的封装直径一样,就是高点,到时候我会换个大的试试。
huxuzhan
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高级工程师
  • 2015-6-19 09:08:43
 
那个初次级PCB上我留了很宽的电气距离了,左下那部分是输出的。离输入最近的就是那个光耦了,我也开了槽来增加爬电距离的。辅助绕组确实不应该跟主输出勾搭到一边,这个怪我绕变压器的时候忘记了这一点,以后会注意的。
huxuzhan
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高级工程师
  • 2015-6-19 17:17:20
 
简单修改了一下,已经发出去打样了。期待ing
怎么办
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高级工程师
  • 2015-6-19 17:50:33
 
嵌入式转电源?
huxuzhan
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高级工程师
  • 2015-6-19 17:58:34
 
是的,不过抛弃嵌入式已经两年了,感觉不是那块料。感觉还是硬件比较有意思
怎么办
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高级工程师
  • 2015-6-19 18:34:02
 
搞电源门槛低从业人员多工资可比不了搞嵌入式开发的,少数大牛除外。可能工作几年的普通电源工程师工资也就相当于学软件刚毕业实习生的起薪。不过从楼主下那么大决心舍得花钱买那么多仪器对电源情有独钟看来以后一定会学有所成的。
huxuzhan
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高级工程师
  • 2015-6-24 16:39:18
 
板子已经收到,今晚就装配起来……


huxuzhan
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高级工程师
  • 2015-6-25 09:14:54
 
昨天刚刚装配好,试了一下,大喜,居然没炸~~~但是也没有正常工作。
实验是在输出端加了一个50欧姆的电阻下进行的。
看图说话,
先看下实际装配后的原理图参数:







下图是漏极波形:









下图是输出的波形,注意时基:








下图是采样电阻上的电压,







下图是3842电源脚上的电压:注意时基









下图是3842参考电压脚的波形:注意时基







下图是辅助电源绕组输出端两个二极管之间的电压波形:注意时基









断电以后随着输入电容上电压的跌落出现了短暂的奇怪的现象。有一些波形似乎变的有正常了一段时间,1是源极电流波形的锯齿波出现了,2是辅助绕组输出的两个二极管之间的电压平稳了一段时间。而且在这段时间,电源会吱的一声响,(我电源上是没有蜂鸣器的!)看下图:








经过一点点的排除故障最终发现是3842的2脚忘记接地了。接上以后,上面的故障不再存在。但是新的问题又来了。
ponder735
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助理工程师
  • 2015-6-25 17:01:34
 
看着VDS电压是空载的吧?输出能带载工作么?
huxuzhan
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高级工程师
  • 2015-6-25 17:24:22
 
我加了个50欧姆的电阻,还没有加太大的负载,今晚试试。
youngmee
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高级工程师
  • 2015-6-25 17:47:02
 
1 431的1、3脚没有补偿网络;
2 C9容值过小,建议换成471到102电容;
3 3842的运放你不用动态差不说,你直接用光耦拉1脚能拉多低呢?为何不光耦驱2X,然后用2X拉1脚不更好?
youngmee
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高级工程师
  • 2015-6-25 17:51:14
 
还有3842斜坡补偿,输入补偿;D2多此一举,D3换成电流更大的桥,比如DBU6K,GBJ410,等等电流大于4A的桥,都输出60W了还用这么小的桥,找死的节奏啊哈。
楼主加油,貌似实验仪器很丰富。
huxuzhan
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高级工程师
  • 2015-6-25 18:11:24
 
谢谢。
我看了下db107,电流不是可以到1A吗?这样允许的输入功率,可达UI=200W了呢?不可以这样选吗?D2是防止电压尖峰太大的。
youngmee
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高级工程师
  • 2015-6-25 20:48:26
 
这个1A有个前提条件就是25℃,你的电源怎么能保证时刻处于25℃及以下呢,用冰冻吗?另外DB107冲击电流小的多,上电时或者打差模信号时极容易损坏的。还有你没加PFC,那无功功率虽然没有消耗,可总算过桥了吧,你不准备给留个通道?你的电源只能工作在200Vac以上?根据我的经验,3842一般启动电流很小,启动后工作电压低了照样工作,甚至可低至50Vac也说不定,你可以实测下,你不需要加输入欠压保护?为了保护DB107不过流啊。
huxuzhan
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高级工程师
  • 2015-6-25 23:27:20
 
额~这个……这个,还真么想那么多。下次设计时注意一下。谢谢
huxuzhan
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高级工程师
  • 2015-6-25 18:06:11
 
谢谢指点。
1,没有补偿网络确实是我设计的错误。回去改装。
2,C9这个值是我凭感觉弄的,没有经验,回去改装,
3,直接驱动1脚,我是为了,让其分流3842里的那个恒流源的电流,其实就等效成误差放大器的开漏输出级。2脚接地是为了让误差放大器的输出关闭。只是用光耦来分流。不知道这样理解是不是不合适。另外这里要改的话,电路上怎么弄?
youngmee
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高级工程师
  • 2015-6-25 20:51:37
 
动态要求不高,纯阻性负载或者容性负载很大的话你这样也可以,只是不一定能起来,我估计会一直打嗝也说不定,就像你测试的波形一样。至于电路嘛,论坛里太多了,你可以多参考下别人的经验。
huxuzhan
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高级工程师
  • 2015-6-25 09:32:03
 
排除了上面的问题之后,再上电,发现吱吱声大作,我想这肯定是电源正在卖力的工作,但是又怕把它累坏了,于是就赶紧断电。摸一摸各个元件上面温度没有烫手的,继续上电,等几秒再断电,摸摸温度……反复几次,终于,再上电,居然不响了,什么动静都没有。检查发现保险管烧掉了。由于时间很晚了,都凌晨1点多了就先放那里睡觉去了。大家感兴趣的帮忙分析一下可能是什么原因导致的?
huxuzhan
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高级工程师
  • 2015-6-25 09:38:11
 
顺便问一下大家,示波器在10倍探头下,最大能输入多高电压?
开开鼠
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  • 2015-6-25 11:52:48
 
LZ真幽默哈哈
ponder735
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助理工程师
  • 2015-6-25 16:58:27
 
吱吱声主要是变压器自己绕制导致的,漏感肯定比较大
huxuzhan
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高级工程师
  • 2015-6-25 17:03:39
 
很可能,我单独测变压器漏感7uh,估计布线的原因,从次级折算到初级的漏感更大。再一个,我气隙是垫的胶带。但是保险管为啥那么快就烧掉呢?用的1A的保险,另外测量了一下,mos管没有坏
huxuzhan
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LV6
高级工程师
  • 2015-6-25 23:17:11
 
求! 贺! 电!
先随便传几张图,详细的图文调试记录明天再慢慢传。:
70%输出功率时:(空载输出电压为11.80V)










满载时:(空载电压11.80V):









最后看一看效率和功率因数:(两个万用表测的是输出电流和电压,功率计显示的是电源输入功率,效率为77%)

下图是电源输入的功率因数:






关于详细的调试过程,明天再发图文说明。
ponder735
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LV3
助理工程师
  • 2015-6-26 08:24:40
 
恭喜恭喜。看VDS尖峰有点大,估计在上电瞬间或者输出短路时VDS峰值更大。初级吸收回路可以调一下,改成一个102和2个200K并联。
huxuzhan
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LV6
高级工程师
  • 2015-6-26 08:55:32
 
嗯,谢谢,准备把那个吸收的电阻改成100的也试试,本来是想用100的,焊板子的时候,找不到那个阻值了
huxuzhan
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高级工程师
  • 2015-6-26 10:31:46
 
今天继续发图文调试过程,调试之前,又改装了一下,把3842的1脚2脚之间的电阻电容(C11,R16)去掉了,TL431,加上补偿网络。C9改为470nF。修改后的原理图:





先上一张调试现场图:





这是那个3842的三角波,为什么那么多毛刺呢?而且还都是向下的多:





下面这张是,mos管栅极驱动波形,此时带了2A负载。忘了拍展开的了:





2A输出下的Vds:







2A的输出波形,怎么有个三角波呢,而且三角波之间还有一段是平的。下面直流耦合图和交流耦合图:






把电流加大到3A多点的时候,变压器啸叫声变大。波形也有点乱:什么原因?(但是输出电压电流还算正常)


有时候暂停下来看是正常的:






此时3A输出负载下,3842电流检测引脚的波形怎么这么难看,有很尖的毛刺,怎么才能弄好它,还是本来就这样?







3.65A时,输出电压是11.77v,空载的时候是11.8V的。







猜,这是个啥波形:







下面都是满载时的测试情况:(输出5.34A,11.74V,输入功率81.34W,此时效率为77%)









最后的调试现场,也上来吧:







这次的调试中,还算顺利,只是有些波形不太好,不过这次设计的电源,我没感有过多的要求,能带起负载,又不爆炸,对我来讲已经算是成功了,虽然输出纹波大,噪声肯定也不会小了,EMI,EMC什么的,这次我都不指望什么。这次布局布线很差,也比较乱。后期的优化设计肯定还有很多东西要纠正。
今晚回去有时间的话,准备调一VDS调吸收电路。输出加个电感组成CLC输出,看看纹波会不会变好一些,还有长时间满载运行实验,还有输出短路实验……
先就这样吧,朋友们,如果你想看什么实验,欢迎提出来,能做的我一定做。耐压,EMI就算了,没这些设备。还有跌落、震动实验也就算了吧,摔的时候心疼,摔坏了肾疼。
huxuzhan
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  • 2015-6-26 10:48:44
 
输出波形的那个三角波看着很邪门,百思不得其解,谁知道问题所在的可否指点一下
youngmee
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  • 2015-6-29 09:02:36
 
早就跟你支招了你不听, 不加缓启动,不加环路补偿,你这变压器上电没饱和、开关管没炸你应该去你们村神树下烧个香庆幸庆幸你运气太好了。还有,你3脚波形测试干扰大,不是本来波形就那么大,你把示波器探头上的夹子去掉就好了。
huxuzhan
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  • 2015-6-29 19:34:50
 
哈哈哈,我就是怕爆炸,用个金钟罩罩住上电的,后来折腾了几次发现没啥危险,也就不用了,现在那个电源工作起来似乎还行,就是辐射干扰太大了,不知道主要是布线不好造成的,还是变压绕的不好。测试输出波形时有很多毛刺幅值达到1v,后来把示波器的地线夹子去掉,然后使用买示波器带的弹簧针接地,立马下降到150mv,我就纳闷了怎么会有这么大的电磁干扰。一般都是哪里跑出来的?我有个5v1A的小电源,也是反激的,那个输出波形实在是太干净了,10倍探头打到最小的20mV每格都看不到毛刺。
huxuzhan
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LV6
高级工程师
  • 2015-6-29 20:18:43
 
顺便问一下,你们在用示波器测量波形时,都是怎么接地的?接地夹子圈的面积有点大,容易收到干扰,用弹簧接地有不太好接,还低用手拿着操作,太危险。
ponder735
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LV3
助理工程师
  • 2015-6-26 10:50:55
 
楼主是哪里人?对电源这么感兴趣
huxuzhan
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高级工程师
  • 2015-6-26 11:19:13
 
现在深圳。
感兴趣可能是源自小时候对电子的好奇吧。
开开鼠
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副总工程师
  • 2015-6-29 08:09:16
 
很多波形不好一个是因为测试的时候干扰比较大,还一个是因为你本身布局以及变压器设计的不够优化;建议改动布局,变压器的漏感尽可能的减小。
输出波形那个超调是你的环路造成的,稍微带点超调没有关系的,收敛的快就行了
huxuzhan
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高级工程师
  • 2015-6-29 19:41:45
 
谢谢。
输出的那个三脚波形,我分析了一下,可能是输送能量的那一瞬间,电流作用在电容的ESR上造成的,我在两个电容中间串了一个几十uf的滤波电感,那个三脚波形就很不明显了,只剩下输出毛刺比较严重,那个毛刺确实是电磁辐射造成的,现在还不知道哪里窜出来的。
环路补偿稳定性的控制,我还不太懂,这两天正在研究那个,似乎不太好理解。
鸡腿
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副总工程师
  • 2015-6-29 20:59:35
 
房主你的示波器多少钱买得
huxuzhan
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高级工程师
  • 2015-6-30 21:20:58
 
鸡腿
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副总工程师
  • 2015-7-1 21:10:14
 
这个投入也是有点大啊,直接进个电源厂,啥都有哇。
huxuzhan
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高级工程师
  • 2015-7-2 12:53:24
 
学习阶段,电源技术什么都不会怎么能进好点的电源企业,再说,下班后的几个小时和周末怎么办,其实想想并不奢侈,随便一部像样点的手机也得两千以上。
鸡腿
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副总工程师
  • 2015-7-3 23:52:07
 
长路漫漫伴你闯
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助理工程师
  • 2015-8-9 15:55:48
 
大神 我最近用你的图稍作修改 做一个输入24 v 输出12v 2a的反激 ,但是输出电压稳不住,是反馈那里的原因吗?
huxuzhan
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LV6
高级工程师
  • 2015-8-10 15:57:24
 
贴个原理图出来吧

长路漫漫伴你闯
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助理工程师
  • 2015-8-10 21:49:31
 
跟你这个差别不大 你看看
tanhoukun
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初级工程师
  • 2015-8-11 11:15:35
 
你测下Vcc波形,感觉你Vcc电容太小了,换个100uF的试试。C8一般用pF级的,如470Pf。
长路漫漫伴你闯
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助理工程师
  • 2015-8-11 15:25:05
 
哦哦 好的
huxuzhan
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LV6
高级工程师
  • 2015-8-12 15:51:50
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你的R3C7是不是太大了?
电压稳不住,会不会是你那个C8太大了,470nF把电流波形都滤没了。你改成100pF,试一下,然后把结果告诉我。让我也多学点东西。
木木很-shy
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LV8
副总工程师
  • 2016-3-12 07:17:14
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请教您,变压器啸叫声大您是怎么解决的,感觉好像好多我们这样的新手都会遇到这样的问题,还望您告之~
shenzhongzhong1
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LV2
本网技师
  • 2015-7-1 15:24:46
 
向楼至的科学态度和科学精神致敬
huxuzhan
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LV6
高级工程师
  • 2015-7-1 20:29:05
 
科学俩字用的有点大了,不过是爱好而已。
hao7852
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助理工程师
  • 2015-7-10 14:10:42
 
我是新手,变压器设计的相关计算网上有很多的版本,请问楼主是怎么设计的变压器,能否将有关变压器设计的计算发出来看看,谢谢楼主
huxuzhan
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LV6
高级工程师
  • 2015-7-15 10:41:05
 
直接度娘里搜——大牛独创 反激式开关电源设计,。我也是依葫芦画瓢,一点点的理解,慢慢来差不多都能看懂。
pencent
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LV6
高级工程师
  • 2015-11-22 17:34:38
  • 倒数6
 
楼主帮我看看我的啥原因啊?空载的时候电压输出正常18点几伏,带40欧的负载时候电压跌落到9点几伏。找不到啥原因啊

QQ截图20151122173621.jpg
本帖最后由 pencent 于 2015-11-22 17:38 编辑

QQ截图20151122173042.jpg
灰狼行天下
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LV4
初级工程师
  • 2015-11-11 16:48:35
  • 倒数9
 
楼主的这种精神值得一赞,加油!
wangdongchun
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专家
  • 2015-11-13 22:44:00
  • 倒数8
 
请教一个问题,在实际当中有时这种IC电源出现打嗝故障,一般是什么原因?谢谢
ljj1993
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  • 2015-11-14 12:49:24
  • 倒数7
 
学习楼主的科研分享精神!!
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