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三相输入的高压开关电源方案设计

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sunquanliang
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高级工程师
  • 2016-2-25 20:12:48
在电源网蛰伏已久,最近因项目需要设计开发一个三相电输入反激式开关电源。
考虑到后续的变压器设计是一个难点,现在设计过程中将设计方案放到电源网上,希望高手不吝赐教,我也会定期更新自己的测试和设计进度的。
整体需求:
1、输入电压:3相输入,线电压380V±30%(266V~460V)
2、母线电压:370V700V
3、输出电压及功率:
A(15V/500mA)\(12V/300mA)纹波电压低于150mV
15V12V输出绕组共地,15V反馈)
B15V/400mA  隔离输出(预留给485通讯或共母线直流风机电源)
4、反激式拓扑结构,外置驱动IC+MOS管方案;【仙童的FAN6605+FQA8N100C(初选)】
5、低成本、效率达到80%以上;
原理图设计如下:

原理图

原理图
bake_ql
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副总工程师
  • 2016-2-25 20:27:33
 
你可以选择1.2KV或者1.5KV 甚至1.8KVMOS+;做单管反激,
sunquanliang
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高级工程师
  • 2016-2-25 20:30:55
 
功率比较小,做单管反激是不是有些浪费了,做反激有什么坏处吗?
sunquanliang
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高级工程师
  • 2016-2-25 20:29:39
 
1、现阶段已完成了原理图和PCB设计,现在需要设计高频变压器。高频变压器的设计之前虽接触过低压的,但都没有自己设计和深入,现在设计高压的更是一头雾水,分析的不对的和有疑问的还请高手不吝赐教。
关于最大占空比Dmax的选择和初级侧电感量的计算:
单相的Dmax经验值选择0.45,计算出来的Lm=11mh,这个显然觉得有些不正常了,不知道哪里有问题。

初级侧电感计算

初级侧电感计算
cdysjw
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LV8
副总工程师
  • 2016-2-26 09:35:35
 
高压输入,选择DCM,占空比你要选的低一些;比如你选择1.2KV的MOS,   预设定一个占空比,验证VDS是否在1.2KV安全范围,迭代计算;
sunquanliang
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高级工程师
  • 2016-2-26 10:17:36
 
我选择的是1KV耐压的MOS。根据这个值,选定了一个占空比。
测试了一个类似产品的电源,其PWM占空比一般都是0.06~0.15左右,而其高频变压器的初级侧电感量为1.2mH。
故将最大占空比设置为0.15目前认为是比较合理的。继续设计其他的相关参数。
jie28021
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高级工程师
  • 2019-7-18 10:56:27
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请问您的占空比是按照整流后最低电压来选取吗?我最近在试着弄一个三相的,直流电压范围250-800,占空比不知道怎么选取
sunquanliang
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高级工程师
  • 2016-2-27 22:37:15
 
最后最大占空比按照0.15来进行设计, 初级侧电感计算出来等于1.8mH。
选择EER28的磁芯(PC40)和骨架,最终计算求得初级侧匝数为104匝,次级侧15V的绕组匝数为16,次级侧12V的绕组匝数为13匝。
现已经将高频变压器的图纸发给厂家打样了,PCB也发厂家做样。
后期调试的问题也会及时发出来跟大家共享的。
电不死的小强
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副总工程师
  • 2016-2-26 10:23:56
 
你HV会挂了
sunquanliang
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高级工程师
  • 2016-2-26 11:02:17
 
何出此言呢?本来打算在电阻上面加一个200V的稳压管,设计之初,看了该引脚芯片规格书中最高可以达到700V,应该没有问题吧?你是担心浪涌会搞坏HV吗?
xd285070
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副总工程师
  • 2016-2-26 11:45:13
 
目测上电就炸了,没看ic的资料,但是ic的hv启动,那个mos应该不会集成900v,so,hv启动部分得去掉,用电阻对vcc电容启动,功率小可以考虑qr类型的ic,qr占空比跑到70%也不存在什么大小波问题,稳定得很,而且你会发现,输入电压比较低的时候,他还是,zvs开通
sunquanliang
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高级工程师
  • 2016-2-26 14:31:59
 
芯片规格书中参数。

规格书

规格书
xd285070
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副总工程师
  • 2016-2-27 22:57:20
 
你也看到表格标注的HV耐压是MAX=700v,是MAX不是MIN哦,三相的交流电可不像我们平时用的220v那样干净,这类型电源,主观上就得往余量大的地方去设计
sunquanliang
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高级工程师
  • 2016-3-11 12:02:15
 
感谢提醒,后面我准备在下一版中这个引脚加一个200V的稳压管串联在这引脚上。
电源设计miss
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本网技工
  • 2016-2-27 16:55:14
 
老师做的好漂亮呀。我也是开关电源同道中人,但我只是初学者,很是希望自己能独立做出一个产品,可是我本专业所限制所以几乎都是靠自学的,不知从何学起,希望老师能指点迷津,拜托了
sunquanliang
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高级工程师
  • 2016-2-27 22:29:48
 
做的漂亮谈不上还,这个主要还是看性能和后面的调试。现在变压器已经在准备打样了,PCB也已经发出去了,等着板子回来进行调试了。这个论坛里面高手很多的,自己多多摸索,有什么问题自己思考一下,实在不明白的就向论坛里的大神们请教吧。
simonbin
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副总工程师
  • 2016-2-28 12:52:16
 
学习学习
sunquanliang
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高级工程师
  • 2016-2-29 18:36:37
 
最终的变压器图纸如附件:

高频变压器图纸.pdf

97.82 KB, 下载次数: 448, 下载积分: 财富 -2

高频变压器图纸

sunquanliang
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高级工程师
  • 2016-2-29 18:40:34
 
上传一下PCB图纸,就等PCB回来了。

PCB图纸

PCB图纸
sunquanliang
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高级工程师
  • 2016-3-11 12:50:07
 
目前PCB、高频变压器已经做样回来了,自己对照着规格书进行相关的调试。
测试问题总结:
1、上电后,开关电源无法正常工作输出电压,测试芯片的Gate无PWM输出,测试了VDD电源处的电压波形如下:
经过分析发现是电源进入了保护,进而分析是输入电压Vin引脚处的电压偏低导致的。规格书中写道Vin低于0.7V,PWM输出关断。而我的分压参数选择的是10M和6.8K(实际计算应为10M和68K),所以当Vdc是540V时引脚Vin只有0.3V,所以导致VDD不断通过HV充电,而Gate无PWM输出。属于低级错误,在这里自我批评一下。


本帖最后由 sunquanliang 于 2016-3-11 13:07 编辑

VDD引脚处波形

VDD引脚处波形

Vin引脚处波形

Vin引脚处波形
sunquanliang
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高级工程师
  • 2016-3-11 13:03:30
  • 倒数10
 
2、更改了Vin处的分压电阻后,电源开始正常工作,先未加负载测试的,开关芯片工作在Green-mode。测试Gate处的波形。测试时发现反馈、PWM都比较正常,单单输出电压测不到(这里需要解释一下,这个PCB上开关电源是给逆变器工作的一部分,母线电源跟逆变器共母线,而次级侧的地是需要连到逆变器的控制地,此处的母线功率地是通过模块内部连接的,简言之就是输出和输入没有共地,而测试输出时,地夹得点不正确,所以导致测试不到输出电压。这个原因是找了好一会儿才发现的),针对测试不到输出电压,对于光耦、TL431外围电路分析了好一会儿才发现这个比较隐蔽的问题。还好已经解决了,后面进行负载调试和VDS等测试。拭目以待吧。

GREEN模式下PWM脉冲

GREEN模式下PWM脉冲

GREEN模式下VFB电压波形

GREEN模式下VFB电压波形
Coming.Lu
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  • 2016-2-29 18:40:50
 
可以用1000V的管子,做双管反激。
sunquanliang
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高级工程师
  • 2016-3-1 08:16:05
 
双管反激?可否有相关资料发来学习下,谢谢。
Coming.Lu
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  • 2016-3-1 11:56:30
 
点到为止,剩下的 自己看书 或 百度。
Bazinga
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本网技师
  • 2020-2-19 16:00:50
  • 倒数5
 
我用双管反激做成了一版,也是380V输入的,12V输出,可是毛刺很大,苦恼
wtliu
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  • 2016-3-10 16:44:21
 
很好啊,MOS管用哪个型号?要1200V的管子了吧?
sunquanliang
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高级工程师
  • 2016-3-11 11:31:13
 
选择的是1000V的飞兆的一个MOS管。回来了测试一下VDS,决定是否需要更改选择1200V的MOS,其实好多FAE推荐我使用900V的MOS,我呵呵了,先测一下在决定吧。所有参数都是先按1000V计算出来的。 本帖最后由 sunquanliang 于 2016-3-11 11:48 编辑

wtliu
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副总工程师
  • 2018-4-19 16:18:42
  • 倒数8
 
这个结果怎样了,最后怎么确定的MOS管?
lmj36
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本网技师
  • 2016-10-18 13:30:34
  • 倒数9
 
我们最近也要设计一款类似的电源,请问楼主这个方案用下来怎么样?刚开始学电源,想参考一下
a5835150
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本网技师
  • 2019-5-28 16:21:37
  • 倒数7
 
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合味道
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助理工程师
  • 2020-2-22 22:49:49
  • 倒数4
 
不错不错
kidultbin
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  • 倒数3
 
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HIT_FS
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高级工程师
  • 2021-1-6 15:41:22
  • 倒数2
 
您好,我现在也在做三相输入的辅助电压,想请教下你变压器设计时绝缘的问题
Jiaen365
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本网技师
最新回复
  • 2022-4-15 14:51:08
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现在在很多厂家沟通的过程中,不少智能电表厂家电源模块都是选用的变压器,三相用mos的比较少。我公司有生产3N120的mos管,相当苦恼。
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