世纪电源网社区logo
社区
Datasheet
标题
返回顶部
原创

【infineon DIY】基于QR BUCK的闭环LLC 60-100w

[复制链接]
查看: 2458 |回复: 14
1
xd285070
  • 积分:8102
  • |
  • 主题:18
  • |
  • 帖子:1091
积分:8102
LV8
副总工程师
  • 2016-10-25 22:06:55
申请的样品也收到了,只是好像是发错了,里面还有个名字,不过没关系,需要的IR1161L IC,在里面。
LLC初级2个mos的zvs开通,次级二极管耐压只有输出电压的2倍,甚至电流的zcs,所以和常规的正激反激相比,更容易得到高效率。
当然缺点也很明显,输入波动大了,效率不容易出来,负载波动大,输出纹波不好控制,至于纹波电流比反激小,比正激大,属于中性吧。所以往往使用的地方主要以LED和充电器为主。
QR BUCK相信使用最广泛的绝对是现在的非隔离LED驱动电源了流行的原因可能是:
一个低成本(一个15w的非隔离驱动,能到1块2毛钱!)
个是效率高很容易就能达到94+的效率,很多都是塞到led灯具里面的,那里面环境温度很多都是80,90度!效率低了肯定不行。


借着本次活动(据说能报销费用)所以就大胆尝试下用QR BUCK+开环LLC制作一款12v 5-8a的电源。
先上个框架图

上面框图中大致以说明的该方案的构成,实际vcc哪里加了线性稳压和IC的具体外围,思想是由QR IC作为调压和闭环的主控IC,而开环LLC只是起到一个功率变化的目的,图中有2个FB,FB1是限制LLC输入的电压以免各种意外情况下,过压造成LLC部分的损坏,主要FB是FB2,根据负载的大小调整QR IC的不同工作模式。


PCB是,按交流180到260v ac输入,输出12v 5到8a设计,QR部分采用是OB2202作为主控,变压器采用pq2020封装,MOS管预计SVF12N60,预计设计频率80k,输出电压150v,功率60到100w。开环LLC部分采用IR21531作为主控IC,变压器采用PQ2020漏感EE13,初级mos预计是NCE0224K 200V 24A,次级SR芯片采用IR1161L,mos预计是NCE4080K.
主要是没看到有人这样玩,所以我也不知道这个方案能否成功,如果说个概率,我觉得是80%能成。到时可能会有很多问题,比如空载时开环llc,增益作怪导致要加很重的死负载?比如开环的llc部分效率并不高,或者功率达不到?等等等,,,,这个只有做了才知道,不过美好的我,设想的是,qr部分96%效率,开环LLC部分,96%效率,2级加起来也就是,92%左右的整机效率。
最后上传2长已经发出去打样的PCB正反面,设计体积是10*4*2.5cm


xd285070
  • 积分:8102
  • |
  • 主题:18
  • |
  • 帖子:1091
积分:8102
LV8
副总工程师
  • 2016-10-27 22:52:40
 
板子晚上时候已经到了,把能焊接上的元件都焊接上了,这方案行不行,明天撸完便知

applebad
  • 积分:738
  • |
  • 主题:1
  • |
  • 帖子:31
积分:738
LV6
高级工程师
  • 2016-10-30 23:34:55
 
哥们 DIY 原理图也DIY啊 哈哈  

zhangxiaoxiao
  • 积分:564
  • |
  • 主题:10
  • |
  • 帖子:78
积分:564
LV6
高级工程师
  • 2016-11-1 21:12:23
 
你好 qq2512071374 你那个方案实现的怎么样了求教一下
xd285070
  • 积分:8102
  • |
  • 主题:18
  • |
  • 帖子:1091
积分:8102
LV8
副总工程师
  • 2016-11-3 22:27:10
 
在上个周其实就调完了,不过晚上一直忙于挣钱,,,,哈哈哈哈
总体来说是没成功,这不是失败,是没成功,主要是没有达到我想要的那个样子。
我把过程记录下来了,会以图片的方式说明。
不过可以先把心得先写出来,有情趣的朋友可以看看过程。


心得:
第一部分:
先说开环LLC部分,输入150v 输出12v 8a,IR21531做控制器是失败了,主要是200k的频率他死区太大,负载稍微大些软开关就失去了,最后飞线NCP1396上去,死区做到250到300ns,倒是没啥问题了,大概效率在95,没有去优化,就PQ2020,随便绕了哈,优化哈我觉得能到96或者更高的效率!
然后主要的是开环llc在小负载的时候存在不确定性当然这里面有IR1161L有点影响,表示出来是小负载时输出功率不连续,像跳频一样,还有部分可能是LLC这个拓扑增益的原因导致小负载的时候,输出纹波很大,这可能就是我说的主要没成功的原因了,因为小负载的动态不行,所以就没继续优化了,本来目的是实现好的动态,那看样子要把BUCK放到后面才行!


第二部分:
QR BUCK部分算是90%失败了,主要是QR功能实现不了,最后还是以定频的PWM模式BUCK搞定输出,180v交流输入,160v直流 100w输出,效率大概在95%,和设想的96差了点点,优化下,或许可以。不过重点并不是效率,重点①,这160v的BUCK动态异常的好!!!!160v动态负载下居然只有几百MV!这和上面的LLC就不在一个级别上。
重点②,短路的问题,这个问题非常,非常,非常,非常之关键,主要问题是输出短路以后,电感因为只有个二极管续流,在几个周期里面就饱和了,那么IC又有个前沿消隐的功能,结果在这几百NS以内,那个电流非常大,以至于更本不受控制的样子,比如正常峰值电流1.2a,那么短路时,在几百ns里面有高达16A,这看起来是个隐患!解决方案是在mos管D级串一个饱和电感,作用是在几百ns的时间里面电流不能突变,好处是短路时电流得到非常有效的控制,BUCK即使工作在CCM模式下,因为电流不突变二极管的反向恢复问题基本可以忽略!副作用也有2个,第一个是占空比流失的问题,像我130k的频率工作,几百ns就是4%,5%占空比没了,第二个是串的电感需要把能量送回到母线上去,不然能量会以电压尖峰形式的问题给mos管,表示这样秒秒钟干掉mos,那么送回去有又新的问题,,,详情请看帖子的后面吧,这里都写了这么多了,,,,
xd285070
  • 积分:8102
  • |
  • 主题:18
  • |
  • 帖子:1091
积分:8102
LV8
副总工程师
  • 2016-11-3 23:24:03
  • 倒数10
 
第一步焊接好板子,画风是这样的




第二步调IR21531驱动,结果是在是太慢了,

于是外置了一个推挽驱动

xd285070
  • 积分:8102
  • |
  • 主题:18
  • |
  • 帖子:1091
积分:8102
LV8
副总工程师
  • 2016-11-3 23:44:39
  • 倒数9
 
驱动没问题以后,就直接通个150v开始看看波形了,黄色变压器初级谐振电流,红色为半桥中点波形。
小小负载的时候是OK的



大点负载就不太对了,电流开始不对称了!



在大点负载,我去,这什么鬼,,,,



如果我让他工作在高于谐振频率模式,咦电流还以带大点点,也是zvs但是这肯定是有问题的



这是为啥呐,调谐振参数也不行,减少激励电感有点改善,但是还是负载电流一大点,zvs就没了,恩,难道是死区太大了?那么把死区可调的NCP1396焊接上去,死区搞个250ns




哈哈哈,果然是死区太大了,这波形瞬间就完美了

xd285070
  • 积分:8102
  • |
  • 主题:18
  • |
  • 帖子:1091
积分:8102
LV8
副总工程师
  • 2016-11-4 00:06:10
  • 倒数8
 
波形OK以后,就开始加负载了!但是先要放个图片,ncp1396 跑200k驱动mos,温度能到70多度去!21531也是差不多的!



输入就是改装以后的BUCK,定频,pwm,OB2202的QR buck表示是不行的,,,LLC输入差不多就是150v左右的直流了,输出12v.2v,次级431直接控制BUCK的PWM的IC的FB,输出空载纹波,我去!好大,,,,(黄色谐振电流)



张开看看空载纹波的上升沿,至于纹波为什么是这样,,(黄色谐振电流)



加一点负载,好像是1a左右,结果还是差不多(黄色谐振电流)



小负载时候的SR驱动和次级mos的耐压(黄色谐振电流)



负载继续加大一点,连续了,好像是3a的样子,这纹波看起来还行(黄色谐振电流)



满载8a输出的纹波(黄色谐振电流)



满载8a输出的纹波张开(黄色谐振电流

波形连续时,次级SR驱动和mos的DS波形


同时测下整机的效率(没去优化,具体为什么在上面心得说了)



输出短路时,输出电流和谐振电流的关系,看嘛,谐振电容加了箝位二极管以后,最大电流基本是满载时的3倍,并不会出现ZCS,所以二极管是很有必要的!(黄色谐振电流)

xd285070
  • 积分:8102
  • |
  • 主题:18
  • |
  • 帖子:1091
积分:8102
LV8
副总工程师
  • 2016-11-4 00:21:07
  • 倒数7
 
上面LLC部分基本做了个介绍,说的很简单,用了2天时间,基本知道了大概情况,看到那个纹波瞬间就没有动力了,所以关于效率什么的,就没去优化了。
接下来重点介绍下,定频的pwm BUCK,因为这个结构或许许多方面都能用到!
一开始因为OB2202的QR方案直接带一点点负载就不行了,所以果断换成PWM的,ic就随便用了个公司130K的定频IC弄上去了,这个部分就是独立调试BUCK了,LLC级没有工作。



可以看看不同交流电压输入下,100w输出的效率






满载空载负载的不停切换,纹波依然很小,很稳定!



但是在输入较低的时候,看看mos管的cs电流波形和vds,那cs的电流波形怎么这样!!



cs电流波形,比较平稳的时候



电流尖峰很高的时候,满满的都是二极管的反向恢复呀!




那短路时候的cs波形呐,我去,现在黄色是每格1v!不是每格200mv哦,请注意!!!



打开看,哎,这不就是在前沿消隐的时间吗,输出短路时候,电感饱和,这个时间里面电流就不受工作了!





xd285070
  • 积分:8102
  • |
  • 主题:18
  • |
  • 帖子:1091
积分:8102
LV8
副总工程师
  • 2016-11-4 00:33:18
  • 倒数6
 
上面提到了BUCK在短路时,电流不受控的问题,那么我想了办法好像只有在mos管串个电感,限制电流比较实用,当然我也可以把pwm波形延时驱动,但是那样要拿门电路来分不想搞,那具体的原理图是这样的,串漏感的



板子最后的画风是这样的,,,,,


那么串了漏感以后,正常工作时,CV哪里是用电子负载CV到100v或者50v某一时刻的波形是这样的




深度ccm时



这时候你在短路输出,cs电流波形和mos管的DS波形



在放一个原理图中主电感续流管正极波形和mos管cs电阻的电流波形


最后在来一张串了漏感以后,100w输出输出纹波



输出电压启动波形




xd285070
  • 积分:8102
  • |
  • 主题:18
  • |
  • 帖子:1091
积分:8102
LV8
副总工程师
  • 2016-11-4 00:49:29
  • 倒数5
 
基本上调试过程就是上面那个样子了,这种buck加llc的结构吧,个人感觉就是输出纹波没有自己想的那么好,本来想着如果纹波可以,这个方案可以拿来做像一些低压大电流的电源,看样子要把buck放次级了,但是我估计这样效率会比现在这个地一点,但是纹波肯定会小许多,许多!
如果buck放次级,输出电压范围就比较宽了,在调试这个方案的时候,感觉到一个直流高压电源是多么的重要,还好公司有着玩意,运气也好,刚好就是最大150v输出的。


如果我自己想做一个比如400v到40v可调,功率1kw电源(淘宝都很少有卖的,且异常的贵!!!!!!!!!),那么要考虑些问题,比如输出不能用太大电容的拓扑,因为要是不小心短路一下,那能量能让人再一次飞起来!还要保证输出动态比较好,同时输出电压范围有很广,可以常考的拓扑,可能就是带电感类型的正激类了,但是输出400v的电压,那次级二极管要多高耐压的呀!一般12v输出,管子就是100了,差不多是8倍关系,这还是管子尖峰比较小的时候,那400v输出,岂不是要3200v????想想都不太可能,那么用级联的方式呐,或许可以,但是那样变压器肯定也是异常的难饶呀!


所以用buck减压做宽输出,是首选!但是输出电压高,二极管反向恢复必须考虑(ccm的pfc也要考虑哈那个二极管的反向恢复,如果不用所谓的碳化硅),不然秒秒钟干掉电源,上面我串了一个EE13的漏感上去,效果很好的说,可以说现在唯一的瓶颈就是那个cv电路,或许有人会说,箝位直接接母线不就好了,干嘛要加个cv呀,我只能说,你试试直接接母线,看串的漏感会不会饱和,短路的时候会然并卵的,只是现在我还没有想到一个比较完美的CV电路,当然cv的能量肯定是直接送回母线,而不是说变成热量,变成热量,,,,
英飞凌客服
  • 积分:2323
  • |
  • 主题:6
  • |
  • 帖子:91
积分:2323
LV8
副总工程师
  • 2016-11-7 11:54:51
  • 倒数4
 
首先对样片部分寄错了深表抱歉 还好有你需要的没有耽误设计 下次我们也会注意  期待最终设计的成品
xd285070
  • 积分:8102
  • |
  • 主题:18
  • |
  • 帖子:1091
积分:8102
LV8
副总工程师
  • 2016-11-16 11:37:51
  • 倒数3
 
这个方案已经完结了,样机是提供不了,各种飞线,已经躺尸了。
效果没有达到我想要的那样,就不玩了,,,,

英飞凌客服
  • 积分:2323
  • |
  • 主题:6
  • |
  • 帖子:91
积分:2323
LV8
副总工程师
  • 2016-11-17 11:59:34
  • 倒数2
 
不要放弃 如果能帮助到的话可以找我
jzm19422
  • 积分:197
  • |
  • 主题:1
  • |
  • 帖子:15
积分:197
LV2
本网技师
最新回复
  • 2022-7-31 18:11:55
  • 倒数1
 
学习
热门技术、经典电源设计资源推荐

世纪电源网总部

地 址:天津市南开区黄河道大通大厦8层

电 话:400-022-5587

传 真:(022)27690960

邮 编:300110

E-mail:21dy#21dianyuan.com(#换成@)

世纪电源网分部

广 东:(0755)28285637 /(13823562357)

北 京:(010)69525295 /(15901552591)

上 海:(021)24200688 /(13585599008)

香 港:HK(852)92121212

China(86)15220029145

网站简介 | 网站帮助 | 意见反馈 | 联系我们 | 广告服务 | 法律声明 | 友情链接 | 清除Cookie | 小黑屋 | 不良信息举报 | 网站举报

Copyright 2008-2022 21dianyuan.com All Rights Reserved    备案许可证号为:津ICP备10002348