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【武DIY】QR反激 12V5A 电瓶三段式充电器 带显示 【已完工】

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forget
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  • 2015-10-13 19:55:40
【武DIY】QR反激 12V5A 电瓶三段式充电器 带显示
~
【电源参数】
~
输入电压:220V AC ±10%

输出:三段式充电,恒流5A,恒压压14.8V,浮充13.8V

方案:OB2203准谐振反激+ MBR20200*2 + EG4318

10段数码管显示电量
~
【概述】
~
         最近在做一个电瓶充电器,给了指定的外壳。12V电瓶,三段式充电,10段数码管显示。

         功率部分采用OB2203准谐振反激+二极管整流制作。二极管RMS电流比较大,采用2个MBR20200作为整流管。处于成本考虑,没有采用同步整流。

         10段数码管电量显示,采用单片机作为控制器。单片机考虑了STM8S和STC15W401AS两款。因为STM8S抗干扰能力没有STC的强,所以采用STC15W401AS。STC15W401AS价格是1.6元/片,STM8S价格是1.2元/片。对单片机的要求有两点:1、内部带有ADC。2、IO口的数目要够。

         三段式充电采用集成的充电芯片EG4318。我以前用运放也做过,但是外围元件非常多,采用EG4318可以省掉很多外围元件。

         这个板子比较灵活,即可以做成带数码管显示的,也可以做成不带数码管显示的。即可以做成单层版,也可以做成双层版。但是做成单层版时候没有显示。只有红绿LED指示。

         现在已经做出了功率部分,正在老化测试、调试参数。后天会把PCB去打样,之后就设计单片机程序部分。总成品预计下旬即可出来。
原理图
195810cd2xitg7xvtg6iza.jpg 本帖最后由 forget 于 2015-12-4 17:42 编辑

forget
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  • 2015-10-13 19:58:44
 
【原理图】~
SCH1.jpg
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SCH2.jpg


【PCB】
~
PCB3d1.jpg
~





PCB3d2.jpg
chenwei615743364
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  • 2015-10-22 23:57:25
 
在原理图上没有看到输出保护电路哦?
forget
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  • 2015-10-24 16:27:01
 
没有加入防止反接保护。这个功能有点鸡肋。因为即使反接的话,由于电路是恒流分段限压输出,恒流环就会起到作用,不会烧坏元器件的。

闲情逸致
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版主
  • 2016-3-21 21:02:46
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这个功能不需要单片机,我2005年就做过这样的产品!
已是悬崖百丈冰
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  • 2015-10-25 19:27:32
 
原理图驱动那一块,再串上一个电阻,否则单独一个D6放电太快了(不利于EMI中的辐射),大电容C7侧再并联一个1KV  103的瓷片电容,另外,输入侧也可以完善一下,如果是卖充电器的话,零件越少越好,但是对于设计学习而言,把EMI滤波部分添加上去。其他都OK.
forget
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  • 2015-10-28 20:07:27
 
C7并联103电容干嘛用呢?这个不是做着玩,这个是给人家做产品的,不用过认证。EMI就不用要了。
forget
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  • 2015-10-13 20:11:10
 
【龙腾MOSFET】
~
MOSFET采用龙腾的LSD20N60F,这是手机拍的照片,光线不是很好。
~

~
变压器计算参数,以及详细参数,采用我用VB自制的 DCM反激计算器来计算的。稍后上图。



forget
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  • 2015-10-13 20:27:20
 
【参数计算】

~
参数计算依照普通DCM反激的参数来进行计算。
这里参考《开关电源设计 第三版》中的公式来进行计算。
本人比较懒,为了方便,用VB设计了一个自动计算软件,经过多次实际项目检测,可靠使用。
下面是参数列表和计算结果:
~
参数.jpg

~
设计的不是全电压,所以电压范围就是175~265V。
OB2203设计最低频率45kHz,
MOSFET采用600V的MOSFET。就是龙腾的LSD20N60F。
这里参数留的余量都比较大。所以可能看起来数据有点大。


本帖最后由 forget 于 2015-10-13 20:53 编辑

大大大林
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  • 2016-8-7 16:20:05
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楼主,这是什么软件,可否告知,谢谢!
forget
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  • 2015-10-13 20:51:14
 
【变压器】


~
变压器采用三明治绕法,从内到外:次级-初级-辅助绕组-次级-初级-次级
初级电感量260uH。
短路次级测量初级,漏感0.17uH。
这么小的漏感,RCD吸收可以很无压力。
~
~
~
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~
~
变压器封装.jpg
8.jpg
9.jpg
wangdongchun
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  • 2015-10-13 21:02:22
 
不错,楼主搞的很专业呀
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  • 2015-10-15 16:54:26
 
等全部东西都到齐了,就开始动工了。现在已经功率部分已经试验过了。发热量还是很小的。
wangdongchun
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专家
  • 2015-10-15 19:21:47
 
期待楼主大功告成之日     
forget
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  • 2015-10-21 20:46:56
 
月底就要交货,月底之前会做完的。现在实验室的样板已经调试的差不多了。

电源李子
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  • 2015-10-14 17:10:32
 
膜拜楼主~!
forget
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  • 2015-10-15 16:54:54
 
共同学习,共同进步
chenwei615743364
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  • 2015-10-18 00:44:50
 
楼主变压器是PQ3230?
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  • 2015-10-21 20:47:20
 
变压器的磁芯和骨架是PQ3220
本帖最后由 forget 于 2015-10-28 20:31 编辑

已是悬崖百丈冰
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  • 2015-10-25 19:36:38
 
你的功率是60W,选择0.17cm^2 的磁芯有些过大,选择0.12的就可以了,另外开关频率要大一些,看看能不能设计到65K,这样效率会好一点,mos管的话,看看能不能小一点,20A的余量足够了,越少越能突出变压器的峰值电流比较低,效率也会好。
lswhome
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  • 2015-10-25 22:00:24
 
土豪,通常60W,pq2620就能胜任了,最多也就是用个PQ3220。。。。PQ3220都做144W了。。。
forget
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  • 2015-10-28 20:18:13
 
请仔细看35楼的解释:
1、功率不是60W,而是80W~90W
2、我用的三重绝缘线,所窗口利用率会小一些
3、这个是QR反激,不是CCM反激。如果CCM反激确实能够140W。
forget
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  • 2015-10-28 20:16:34
 
A:磁芯问题。这个是因为你没有仔细看我的帖子。1、我的功率不可是60W。12V5A充电器,输出最大是14.8V5A的。又留了一些余量,功率在80W~90W左右的。2、另外功率可不是仅仅跟磁芯截面积有关,还跟窗口宽度有关。PQ32250和PQ3225的截面积同样是0.17,但是窗口面积不同。PQ3225的功率可以比3220大1.5倍左右。
3.、另外,这个拓扑是QR准谐振反激,磁芯肯定要比CCM反激要大一点的。
4、再次,我次级用的是三重绝缘线。你的计算是按照普通漆包线计算的。三重绝缘线的漆包层比较厚,窗口利用率肯定会低一些的。

综合以上,我这个80W的电源,用PQ3220磁芯一点也不大的。实际做变压器时候也是刚刚绕满。
B:开关频率问题。
可能你不太了解这个芯片。这个芯片是QR准谐振反激控制器。
1、极轻负载工作在burst模式。
2、轻负载工作在PFM模式,22kHz~130kHz
3、重负载工作在QR模式。
至于频率为啥按照45kHz计算应该都清楚。实际频率是变频的。
已是悬崖百丈冰
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  • 2015-10-28 21:53:05
 
你的浮充电压是14.8V,按照实际工作状态,此时充电也快接近饱和,充电电流已经不是5A了,估计比较小了,实际功率没有那么大吧。根据我们测试EMI的经验,这个(次级-初级-辅助绕组-次级-初级)绕法并不是很实用,我们的绕法是(初级-铜箔-次级--铜箔-初级-辅助绕组-次级)应为初级绕组属于励磁绕组,它的磁感应电动势会发散出去,形成电磁波,所以要绕在最里面,被铜箔吸收掉。

另外程工的制作属于个人手工打样,也有可能缠绕的比较紧凑,但是实际工厂打样,没有那么标准了,工厂打样的一般都是十几uH,要知道一点,做研发是做产品不是做科研,做出来很好的东西,价格太贵,没有客户无法卖出去,还是废品,设计出来的东西,工厂无法量产制作,还是没有用的。按照程工的方法(次级-初级-辅助绕组-次级-初级),也是有可能绕出来的,不知你打磨气隙了,如果加气隙的话,是真做不到2uH级别的(如果方便的话,你给我邮寄一个,我给你测一下)。那个IC,我没有用过,不过按照你的意思,设置是可以的。
forget
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  • 2015-10-29 20:40:48
 
不好意思标题疏忽写错了,应该是恒压14.8V 浮充13.8V。恒压14.8V时候的电流确实是5A的。首先14.8V 5A恒流限压,如果电流小于Ig,那么恒压变为13.8V浮充。所以实际功率是需要按照14.8V 5A设计的。
实验室还没有EMI EMC测试设备,另外客户也没有要求EMI。所以这个没有加入屏蔽铜箔(为了省事EMI滤波器组也没有加)。
另外这个反激没有邻近效应,初次级位置应该关系不大吧?(次级-初级-辅助绕组-次级-初级-次级)这个设计中初级也全都是包在次级里面的嘛、、
做好的所有成品都已经给客户发过去了。他那里不知道量产之后会不会给我样品。另外那个客户很蛋疼很烦人。。。o(︶︿︶)o 唉这个不多说了。
闲情逸致
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  • 2016-3-21 21:33:52
  • 倒数4
 
就算是14.8V 电流5A,输出功率也就是不到75W。PQ2620磁芯 额定频率100KHZ也是可以做到的,轻负载频率降低到40KHz同样怎么会饱和的呢?一带大的负载频率就上升了,这个有什么难度吗?三段式充电器我2005年都做过了,当时做的是4A电流输出,工作频率好像是75KHz以下的,批量出货了不少的,你这个功率把频率提高应该没有问题的。我当年还是用3842来实现的,现在的QR模式效率更高,我不知道这样有什么问题的!当然你老板让你多花点钱这个我就不好说了,只能说这样的设计没有竞争优势。如果是我们老板我愿意花多5倍的工资请人设计成本低30%(当然性能是一样等级的)产品。
Daizhimei2010
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  • 2015-11-1 22:21:13
 
楼主,漏感这么小,效率应该蛮高的吧??
jaywq
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  • 2016-1-1 21:43:52
 
你这个点电桥不错,自己做的还是买的?
xinqijiayu
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  • 2016-3-10 09:40:15
  • 倒数7
 
这个侧电感的东西,是自己做的还是买的啊?
myship02
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你这个LRC也是自制的吗?
jaywq
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最新回复
  • 2016-8-7 16:28:11
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你电桥自己做的
XIAOTU80
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  • 2015-10-15 08:18:23
 
楼主,你那测量电感的工具,是自制的,还是外购的?
像个表一样,比一般的电桥小多了
forget
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  • 2015-10-15 16:53:13
 
这个电感测量表是在X宝上面买的。精度还是很不错的。拆开看了看,这个原理是LC谐振方法测频率,计算的电感量。

lswhome
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  • 2015-10-16 02:21:52
 
0.17uh。。。。
看来这个测试设备测量很低的电感的时候不是那么的准呀。。。。
找个电桥来测测你就知道了,如果真的是0.17uh的漏感,那就真的是很无敌了。。。。目测可以不用RCD吸收了,一个D+TVS就足矣了。
通常对于LP=200~300uh之间的变压器,漏感在1.5~5uh之间,如果低于2uh,绕制都是比较困难的。。。
本帖最后由 lswhome 于 2015-10-16 02:24 编辑

konway
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  • 2015-10-17 21:02:28
 
是的
找个电桥对比一下就知道了,0.2以下的漏感是不大可能的。按楼主的绕法估计1.5-3uh@10khz之间
forget
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  • 2015-10-21 21:18:39
 
电桥我们也有,但是不在我这里,还要跑楼上去借用。不太好意思天天去人家那里借东西。

forget
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  • 2015-10-21 20:49:08
 
我是按照论坛里的程工的绕法制作的。我看程工的漏感一般都在1uH左右。
我感觉这个电感表测量小电感精度可能有点问题。
不过但是漏感应该是不会超过1-2uH的。

已是悬崖百丈冰
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  • 2015-10-26 21:08:55
 
这个我给你说一下,对于单端反激式的变压器,漏感一般都在十几μH(有的甚至更高一点,),由于分布参数的影响,哪怕是变压器线圈缠绕的如何紧密,也是避免不了的。你用的那个电感测试仪,对于μH级别的电感是测不出来的,要用比较高端的仪器才能测出来。假想一下,你的漏感那么低,初级的电压应力简直就是没有尖峰了。
forget
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  • 2015-10-28 20:23:48
 
1、现在反激变压器的漏感基本都是在10uH以内的,如果真的是十几uH,那变压器也太烂了。
2、尖峰却是是很小很小的。
3、由于漏感很小,RC吸收我选择的也是很小的。
4、经多个电感表测量,漏感是2uH左右。
5、我是按照程总的变压器思路设计的,它的漏感都是在1uH左右。

gaohq
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  • 2015-10-17 22:31:57
 
软件部分会 开源 么 ?
forget
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  • 2015-10-21 20:49:35
 
软件会共享使用,但是不会开源的。
forget
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  • 2015-10-21 21:22:37
 
【PCB打样】
PCB打样时候稍微修改了一点点内容,加上了阻焊层和一些文本。
在嘉立创打样的样板,前天收到了。最近在出差今天刚刚回来。
下面是收到的PCB打样样板。
1.jpg
~
2.jpg
~
3.jpg
chenwei615743364
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  • 2015-10-22 23:27:59
 
PCB画的不错,学习;
forget
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略屌略屌,共同学习共同进步
THTTH1982
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  • 2016-1-6 16:52:48
 
我做的还是UPS的,一路稳定的12V给负载供电。可提供3-5A,另一路充电也是3-5A ,设定的是4A,12.6V的锂电池。市电一停电,电池立马接过去。中间0转换时间。
博智亚
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高级工程师
  • 2016-3-7 20:27:57
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输出二极管的那个地方有可能会引发短路故障,画PCB的时候没考虑到哦
forget
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  • 2015-10-24 17:34:25
 
【成品已完成】老化测试中


4.jpg
~
7.jpg
~
6.jpg
~
5.jpg

forget
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  • 2015-10-25 15:30:13
 
【波形数据】
如下图,依次是采样电阻波形、GS驱动波形、变压器次级两端波形、输出纹波。
~
0.5Ip-QR-full-1.JPG
~
GS-QR.JPG
~
TR-QR-3.JPG
~
Vpp-QR-full.JPG
jiekou514
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高级工程师
  • 2015-10-26 01:34:02
 
楼主,单片机只是检测输出电压,并且将电压显示出来吗?
forget
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  • 2015-10-28 20:24:30
 
是的,只负责电压电流采样计算,并显示出来。
灰狼行天下
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初级工程师
  • 2015-12-11 13:39:56
 
浮压是不是应该比恒压高楼主?我理解的是充到后期电流减小,电压应该增加了,功率变小了,请指导。
forget
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  • 2015-12-13 16:38:51
 
NoNo,浮充时候电压比恒压要低一点的。
在恒压到浮充切换时候,会有一段时间没有电流的。
灰狼行天下
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初级工程师
  • 2015-12-14 11:28:00
 
电流的变化呢
forget
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  • 2015-12-17 13:11:56
 
浮充时候的电流很小,几乎为零,主要是为了平衡电瓶的自放电(电瓶本身的漏电流)
灰狼行天下
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初级工程师
  • 2015-12-17 17:43:45
 
恩恩,晓得了。多谢楼主细心讲解,我之前接触过一个,用电子负载测试的,电压高,电流小,我还以为浮压低呢,应该是实际电池和这不一样吧?
  
电压
    (V)
  
  
电流
    (A)
  
  
14.910  
  
  
1.254  
  
  
14.560  
  
  
2.494  
  
  
14.200  
  
  
3.752  
  
  
13.850  
  
  
4.989  
  

forget
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  • 2015-12-17 21:20:20
 
铅酸电池三段式充电曲线图
你看下这个图就明白了啦、、
QQ截图20151217211635.png
灰狼行天下
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初级工程师
  • 2016-1-8 09:42:59
 
晓得了,非常感谢!
qq169
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高级工程师
  • 2015-10-29 11:16:55
 
好!不错,学习了不少
forget
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  • 2015-10-29 20:29:42
 
谢谢支持,共同学共同进步
admin
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  • 2015-10-30 09:10:17
 
好速度 赞一个
THTTH1982
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  • 2016-1-4 15:03:50
 
这个产品都出了几千个了。
何仙公
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  • 2016-1-5 10:27:50
 
QR模式就会比CCM模式用的磁芯要大吗?我怎么不知道!
THTTH1982
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  • 2016-1-6 16:48:35
 
何公公,没有听此一说,在哪里听的。

何仙公
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  • 2016-1-7 11:11:43
 
就是不知道啊,烦请补课!
nc965
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  • 2016-1-10 21:23:18
 
补课:如果CCM模式不能减少变压器个头,CCM还有任何其他优势和必要吗?
何仙公
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  • 2016-1-11 10:08:07
 
DCM圈数少蛤,输出电压高,当是首选。
nc965
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  • 2016-1-11 10:14:19
 
那为什么还有人要选择CCM呢?
THTTH1982
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  • 2016-1-11 11:06:50
 
CCM 的IPK小,CCM工作的时候  LP电感量减小,我个人是这样认为的。
何仙公
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  • 2016-1-11 11:09:43
 
很显然,是减轻MOS的电流,这才是重头。成本因此而下降。CCM不一定比DCM变压器个头要小。反而线包要大!具体要看骨架宽度和现实绕法。



nc965
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  • 2016-1-11 11:25:03
 
啊?反激输入电流就是MOS电流吧,CCM可以减少电流?可以用小一号的MOS?能小多少呢?能省多少体积与成本呢?
何仙公
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  • 2016-1-11 16:58:17
 
您这是要深度挖掘啊!取决于用多大的K,用您的表格一算不就知道了吗?虽然我没有用过!但是并不表示你的表格不是精品!要不要再送个链接..
nc965
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  • 2016-1-11 17:17:26
 
不需要深度挖掘,采用 CCM 的唯一目的,就是想减少 Ipk 峰值应力,从而减少变压器体积(进而缩小电源体积和减轻成本压力),特别是在全电压应用、或者PFC应用这样的高 Ipk 应力场合。除此之外,没有其他任何目的(想秀技术的除外)。
本帖最后由 nc965 于 2016-1-11 17:18 编辑

何仙公
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  • 2016-1-11 17:25:09
 
变压器看作NI的关系: N多则I小。I大则N少。和体积没有半毛钱关系。有关系的是绕法舒服不舒服,一层平铺比2层要好。选择合适的变压器让绕法舒服而已。看不出其他门道
nc965
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  • 2016-1-11 17:43:50
 
只能说:神仙也有糊涂的时候。
THTTH1982
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  • 2016-1-18 18:20:59
 
R11是不是用的330K
kelvin09
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  • 2016-1-19 14:25:19
 
这个电路充电电流不知可以做到多大叱
如果有DC电流适配器的可以看下我司做的铅酸电池充电,有浮充,外转发的器件选型大功率的电流可大到5A


uct3686 01.png
uct3686 02.png
THTTH1982
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  • 2016-1-19 16:46:08
 
我现在做的UPS,充的是12V的锂电池。很爽。市电停了后,也不会出现间断。
THTTH1982
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  • 2016-1-19 16:46:08
 
我现在做的UPS,充的是12V的锂电池。很爽。市电停了后,也不会出现间断。
何仙公
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  • 2016-1-19 16:58:09
 
居然被你爽了2次
THTTH1982
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  • 2016-1-20 10:33:37
 
是网络问题,你看看时间就知道了,卡了一下,居然是同分同秒
Gege_fly
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  • 2016-1-19 17:00:12
 
我认为电池会自动恒流,次级的恒流芯片多此一举
THTTH1982
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  • 2016-1-20 10:49:53
  • 倒数10
 
感觉你对电池不了解。对电池的充电器不了解。
给你分析一下,电池在充电的时候,比方说12V的铅电池。没电了。差不多在10.5V左右,就不能再向外放电了,这样会影响寿命。
12V的电瓶充满电的电压,正常在13.8-14.4V。
你觉得给电瓶充电,充电器应该多少V呢?
我们按14V设计(当然实际中也有点点偏,没那么精精确)
当充电器按14V设计,充电器不限流时,电瓶的内阻很小,给10.5V的电池充电,那电流是不是会很大,超过电瓶的最大充电电流,电池的寿命是不是会缩
好!若是当电瓶电压接近满电 的时候,电压差减小,充电电流是不是越来越小,这样充电的时间是不是也越来越长,
楼主用的芯片,可以设定电压。也可以设定电流。这就是为什么适配器与充电器的区别。
当电池的电压充到快满的时候,IC 会自动增加输出电压,有可能在15V,也有可能在18V。看设计的需要了,这时电瓶就可以充到100%满电。
当电瓶充满电后,电流慢慢减小。小到设定值时,电压恢复到设定电压14V(实现浮充,来弥补电池的自耗电),这样的才叫充电器。

给你分析了这么多,说的很明白了,不是你说的电池会自动恒流,更不是多此一举了。有的充电器很贵。就像我们的手机充电器。垃圾货几块钱,好的100多。
Gege_fly
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高级工程师
  • 2016-2-26 16:41:26
  • 倒数9
 
我懂你的意思。只是如果抛开后面电池的电压越来越高,充电电流越来越小的情况。这种情况下确实会出现你说的充电时间比较长的问题。但是在电压为10.5V时,电流并不会越来越大,因为有初级的限流CS,我们可以通过这个来限制次级的充电电流。正常情况下如果是铅酸电池的话,如果是以0.1C的电流对其充电,12个小时就可以充满。
闲情逸致
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  • 2016-3-21 21:45:52
  • 倒数3
 
不就是个三段式充电器吗?没有你说的这么玄乎的,只要你开得出要求我就做得出产品。当然要是合理的要求就可以了,不要整个99%的效率,要不我就只能用跳线跳过去了!

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