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原创 2018 长园维安• 电源原创 DIY 设计分享大赛

高性能反激式LED驱动电源

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hwchwcww
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助理工程师
  • 2018-6-27 17:35:15
  做一个  希望能有“高性能”头衔的 反激式LED驱动电源   大家都拿大管子做大功率的  我就拿最小的 长园维安: WMF04N65C2 做个小玩具吧
1.输入:100-240VAC  
2.输出:33V0.6A   20W,恒流输出,精度暂时先说是5%吧  原边反馈不一定控制很准
3.功率因数:>0.95@全工况
4.谐波:EN61000-3-2 Class C
5.效率:85%左右
6.短路和开路保护
7.由于实验室限制,传导不一定能去测。
8.输出无100Hz频闪(这个对于单级PFC+反激来说需要纹波滤除芯片,会带来一定的效率损失)
控制IC   矽力杰:SY5830  
纹波滤除IC    矽力杰:SY5863

110647plmshhbkhfmpjmpo.png
此图仅暂作为活动页此帖子展示图,楼主自行更换

WMF04N65C2_V2.1.pdf

520.04 KB, 下载次数: 81, 下载积分: 财富 -2

hello521
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总工程师
  • 2018-6-27 21:35:22
 
你确定上传的是PDF?
hwchwcww
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助理工程师
  • 2018-6-28 09:38:56
 
文件已更新
hwchwcww
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助理工程师
  • 2018-6-28 09:43:48
 
电路图参考原版设计,主控IC资料:
DS_SY5830.pdf (687.11 KB, 下载次数: 54)
hwchwcww
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助理工程师
  • 2018-6-28 10:02:36
 
Schematic Prints.pdf (17.79 KB, 下载次数: 53)
hwchwcww
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助理工程师
  • 2018-6-28 10:26:16
 
原比赛的内容详见中国电源学会的网站 http://www.cpss.org.cn/cn/xinwendongtai/tongzhigonggao/160.html
hwchwcww
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助理工程师
  • 2018-6-28 10:08:57
 
板子正面 top.PNG
板子反面
bot2.PNG

在此感谢对板子布局的的安全间距提出宝贵意见的工程师!
(logo就先只放两个啦)

注:板子使用2015年参加比赛的方案的电路板,仅调整了MOSFET的封装和个别布线
hwchwcww
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助理工程师
  • 2018-6-28 10:49:26
 
设计目标是20W了,变压器就要重新设计了
/******************************/
21电源网 已经有N多专家讲解 磁性元件等等技术了,设计时候照搬就好,不像以前,没这样方便。
/******************************/
EFD20.jpg
来自  不知道是哪家生产的 无名氏 EFD20 磁芯和骨架  
层叠结构用传统的三明治结构,原边0.28mm, 副边0.45左右的双线并绕
由内到外 原边 屏蔽 副边 副边 辅助 原边 ,。。。绕制方向,绝缘层厚度等  综合考虑,大致控制了一下分布电容
然后    成品变压器忘记拍照了  空板子:
wx_camera_1529904546589.jpg
除了变压器……
等着变压器的板子.jpg
只有焊上变压器后的    ……
1530154327075.jpg
反激的性能非常依赖于变压器,,期待中……
之前居然忘记在背面给管子来个特写   失误啊  
IMG_20180628_200030.jpg
IMG_20180628_200134.jpg







hwchwcww
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助理工程师
  • 2018-6-28 10:57:36
 
变压器原边电感720uH,漏感15uH左右
wangchaunwei
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初级工程师
  • 2018-6-28 11:01:40
 
请问一下楼主  变压器 怎么绕,或者变压器的原边 同名端或者异名端怎么看绕线的正负极呢
hwchwcww
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助理工程师
  • 2018-6-28 11:05:15
 
同一个绕向的话,所有的起始点都是同名端啦。不过 每次绕着绕着就记乱了也是常有的事……

wangchaunwei
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初级工程师
  • 2018-6-28 11:50:31
 
谢谢回复,
就是你比如说下面这个图  1脚是输入正, 从绕法上 怎么才能让7脚是正呢??求大佬解答
111.png
hwchwcww
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助理工程师
  • 2018-6-28 19:44:10
 
你的图里 1脚和7脚并不是同名端,
无标题66.png
大致画了一下 ,
图上
从A端子向上绕,从下面回到B端子,
这样的绕向中  所有的A都是同名端
wangchaunwei
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初级工程师
  • 2018-6-28 11:52:37
 
或者说楼主 你的帖子,这个原边和侧边,同名端 异名端,这个输出怎么看正负极呢
111.png
hwchwcww
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助理工程师
  • 2018-6-28 19:53:01
 
输出的正负极的话    反激来说,原边MOS导通时候,变压器副边的电压是负的,二极管截止,是没有电流的


MOS导通时,我的图中变压器的3pin 电压低于 1pin,那么3pin的同名端6pin就会低于7pin
二极管截止,没有电流,此时二极管承受很大的电压。

当MOS管关断,变压器里的储能释放,然后电压就反过来了   
此时输出二极管是通了,但是,原边的MOS除了要承受输入的直流电压,还要承受变压器反过来产生的反射电压。。
wangchaunwei
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初级工程师
  • 2018-6-29 08:29:27
  • 倒数9
 
好的 谢谢,那要是这样说的话,那变压器的输出应该是一个方波或者三角波啊^_^
hwchwcww
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助理工程师
  • 2018-6-28 11:02:46
 
空板子输入端的间距过小问题通过割线飞线重新加阻焊油的方式已经处理了

长园维安
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助理工程师
  • 2018-6-28 22:10:46
 
欢迎,欢迎!
20W,不错,开关频率设置多高?
MOS温升如何?

hwchwcww
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助理工程师
  • 2018-6-28 23:14:58
 
开关频率大概100kHz左右 具体细节后续逐步补充
hwchwcww
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助理工程师
  • 2018-6-29 19:01:03
  • 倒数7
 
MOS温升相关的照片贴出来了
hwchwcww
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助理工程师
  • 2018-6-28 11:09:17
 
占一个楼回头补充图片
hwchwcww
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助理工程师
  • 2018-6-28 11:10:23
 
先放一组带着SY5863芯片测试的效率
输入电压输入功率输出功率功率因数效率
90
21.93
18.35
0.997
83.7%
110
22.15
18.75
0.995
84.7%
130
22.30
19.01
0.994
85.2%
185
22.46
19.22
0.990
85.6%
200
22.59
19.28
0.989
85.3%
220
22.59
19.31
0.987
85.5%
240
22.73
19.32
0.983
85.0%
265
22.81
19.31
0.978
84.7%

hwchwcww
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助理工程师
  • 2018-6-28 11:27:08
 
110V%EN61000-3-2 CLASS C220V%EN61000-3-2 CLASS C
1200.8100.00%-1103.6100.00%-
20.032 0.02%2.00%PASS20.0050.00%2.00%PASS
315.146 7.54%30.00%PASS34.1073.96%30.00%PASS
50.536 0.27%10.00%PASS54.2534.11%10.00%PASS
72.888 1.44%7.00%PASS71.0951.06%7.00%PASS
92.909 1.45%5.00%PASS90.1360.13%5.00%PASS
112.529 1.26%3.00%PASS112.0852.01%3.00%PASS
132.104 1.05%3.00%PASS132.5262.44%3.00%PASS
151.698 0.85%3.00%PASS150.4970.48%3.00%PASS
171.370 0.68%3.00%PASS171.2331.19%3.00%PASS
190.860 0.43%3.00%PASS190.4730.46%3.00%PASS
210.879 0.44%3.00%PASS211.1471.11%3.00%PASS
230.705 0.35%3.00%PASS230.7350.71%3.00%PASS
250.558 0.28%3.00%PASS250.2210.21%3.00%PASS
270.445 0.22%3.00%PASS270.1970.19%3.00%PASS
290.363 0.18%3.00%PASS290.9750.94%3.00%PASS
310.301 0.15%3.00%PASS310.7630.74%3.00%PASS
330.243 0.12%3.00%PASS330.2960.29%3.00%PASS
350.200 0.10%3.00%PASS350.5280.51%3.00%PASS
370.165 0.08%3.00%PASS370.3110.30%3.00%PASS
390.150 0.07%3.00%PASS390.5470.53%3.00%PASS
因为PF接近1了  所以3次含量要求是30%*PF 就当30%了

110V输入   3次谐波好吓人啊    220V输入3次还行,5,11,13,15 都有点大  看上去都达标的样子
测试设备     泰克PA1000
图片和数据表不是同一时刻,数据略有差距
IMG_20180627_162437.jpg IMG_20180627_162301_HDR.jpg
hwchwcww
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助理工程师
  • 2018-6-28 19:58:52
 
忘记说了  输入是借用了一台单相可编程交流电源,,可以调节输出电压大小,同时电压畸变非常小。

电网的电压里不知道为什么   5,7,11,13含量特别大,基本上属于压着国标线的那种。

此时在电网下测试,电流谐波根本过不了

hwchwcww
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助理工程师
  • 2018-6-28 20:13:39
 
等着有空着手抠一下效率   效率这么低,发热大了,电解电容寿命会低的
hwchwcww
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助理工程师
  • 2018-6-29 00:32:13
 
因为高功率因数就意味着能量输入是100Hz的脉动,这与LED无频闪的要求是矛盾的
单级拓扑就意味着输出电解电容上必然有100Hz的脉动。。。。。。。。。
貌似是因为电解电容容量只有1000uF,导致100Hz的脉动有点大,矽力杰的SY5863上承担了过高的纹波电压
最直观的表现就是 发热巨大!
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  • 2018-6-29 00:34:52
  • 倒数10
 
因为高功率因数就意味着能量输入是100Hz的脉动,这与LED无频闪的要求是矛盾的单级拓扑就意味着输出电解电容上必然有100Hz的脉动。。。。。。。。。
貌似是因为电解电容容量只有1000uF,导致100Hz的脉动有点大,矽力杰的SY5863上承担了过高的纹波电压
最直观的表现就是 发热巨大!
flir_20180627T222121.jpg
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  • 2018-6-29 18:59:49
  • 倒数8
 
差不多5分钟
flir_20180627T220728.jpg flir_20180627T220628.jpg flir_20180627T220614.jpg


一如既往  输出二极管 变压器 滤波芯片SY5863 都发热厉害。

其中SY5863有整片铜皮还巨烫  效率让它吃掉一大块了
很意外   MOS温度不高


15分钟了

flir_20180627T222131.jpg flir_20180627T222153.jpg flir_20180627T222158.jpg flir_20180627T222118.jpg

输出二极管 变压器   温度80+了
SY5863有93度    周围一片都热了   电解电容就在他背面  看样子这个不解决  寿命堪忧。。

74度的MOS管   可以说温度相对挺低了!!!

热像仪:  FLIR ONE 安卓版   


hwchwcww
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助理工程师
  • 2018-7-3 21:22:45
  • 倒数6
 
输出电压电流  
IMG_20180627_221626.jpg
电压电流没有100Hz纹波
但是这是有代价的
SY5863上承担的电压电流   全是损耗啊
大概600mA,2.4V的平均值  约1.4w,
看样子加大输出电容能够降低纹波 降低损耗  
下一步再并1000uF
IMG_20180627_221933.jpg
一旦不接SY5830   LED上就会有100Hz纹波
这个时候纹波让人讨厌 但是效率90%左右还是很开心的
IMG_20180627_221710.jpg
hwchwcww
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助理工程师
  • 2018-7-3 21:40:28
  • 倒数5
 
连续好几天没什么人看,也就没有 什么心情测别的东西了
再来个MOS的测试波形就结束

有别的啥要测的   也就1天时间内  样机寄到21dianyuan了我就测不了

其实突然舍不得这个样机了额

1530625084213.jpg 1530624975462.jpg

看上去  QR妥妥的

wangchaunwei
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初级工程师
  • 2018-7-4 08:45:03
  • 倒数4
 
大佬 搞的厉害,对于小白来说  有些参数都不懂 也不敢瞎提问了
hwchwcww
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助理工程师
  • 2018-7-4 16:55:29
  • 倒数3
 
样机打包准备寄出了   

然后想测啥都没机会了
hwchwcww
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助理工程师
  • 2018-7-5 21:56:43
  • 倒数2
 
总结几句:
根据长园维安提供的MOSFET的资料,本次大赛中,选择小功率的反激式开关电源作为参赛方案。
故参考长园维安的创新封装SOT223-2L的几款MOSFET!!
由于目前设计通常是宽压输入,反激的反射电压设计偏大一定程度上有利:
因此需要在MOSFET具有的耐压。(←_←确实是高了←_←)
综合考虑:长园维安提供的WMFxxNxxC2系列的产品中,相对小的WMF04N65C2具有650V的耐压和1.7的典型导通电阻。
表1 所设计的样机技术指标

  
技术参数
  
技术指标
1. 尺寸
82mmx30mmx17mm
2. 输出
额定33V/600mA   20W,支持28~36V的600mA工作电流的LED
  
具有LED短路和开路保护
3. 输出电流纹波
<5%
4. 输入
宽输入:AC 90~265V (RMS),47~63Hz
5. 功率因数
>0.95  @ 额定输出,全输入电压范围
6. 效率
>0.86  @ 额定输出,全输入电压范围,输出电流纹波满足3
  
>0.89  @ 额定输出,全输入电压范围,输出有100Hz纹波(不使用SY5863)
7. 谐波电流
满足EN61000-3-2, Class C,额定输入输出(标准交流110V, 220V)
8. 电气隔离
输入输出耐2kVrms@1min
9. 散热
裸机室温下自然冷却,
  
可安装在具有通风孔的非密封性壳体内,
  
可灌封于具有散热器的壳体内。
10. EMI
无测试条件,未按照EN55022 (CISPR22) Class B标准进行整改


本技术方案采用“PSR架构的Flyback电路来实现恒流驱动的基本电路结构:
控制芯片选用具有PFC功能的矽力杰SY5830芯片;
Flyback电路采用原边反馈(PSR)架构以减小体积、节约成本;
采用准谐振技术降低损耗,提高系统效率。
输出可选用SY5863滤除LED的纹波
15307891289601.jpg
相对于论坛初期发帖增加了一只输出电解电容
降低由于单相PFC造成的能量脉动引起的输出电压100Hz的纹波。

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wyxdy2014
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