制作大功率 Boost 升壓電源是一項充滿挑戰的任務,但也是一次非常有成就感的經歷。在這個過程中,我深刻體會到了理論與實踐的差距,以及耐心和細致的重要性。
首先,設計階段需要充分考慮各種因素,如輸入電壓范圍、輸出電壓需求、電流負載能力,器件選型等。這需要對電路原理有深入的理解,并進行精確的計算和模擬。
在實際制作過程中,遇到了一些意想不到的問題,如電路的設計功率不足、散熱問題等。通過不斷地調試和改進,才能逐漸找到了問題所在,這讓我明白了實踐出真知的道理。
下面這次制作是通過設計一款DC-DC轉換電路,FP5207是異步升壓控制IC,透過EXT Pin控制外部NMOS,輸入低啟動電壓2.8V與寬工作電壓5V~24V,單節鋰電池3V~4.2V應用,將Vout接到HVDD Pin;精準的反饋電壓1.2V,內置軟啟動,工作頻率由外部電阻調整;過電流保護,檢測電感峰值電流,檢測電阻Rcs接在CS與GND之間。
一
準備電子元器件
BOM表
電子元器件的選擇不是只需要確定一個值就可以了,還要確定這個器件在電路中擔任的是什么角色。比如同樣是電阻R1、R2、R6、R7的阻值精度就要求高一些,R1,R2是作為啟動電壓限制電阻,確保電路在電壓過低時電路不啟動,以保護電路;而R6、R7作為反饋采樣電阻,精度越高反饋越精準,輸出電壓的誤差才越低。所以器件的選型也是一個不可忽視的重要工作,尤其關于器件耐壓,功率限制等等。
二
設計要求
這次所用的電路結構是升壓(BOOST)結構,就是把電壓提高到需要的電壓,比如電瓶的電壓是12V的,當一個設備是電池供電,需要一個或多個電壓,可以比電池電壓高也可以比電池電壓低,這時候就需要電路進行電壓轉換。把12V電壓升高或者降低到需要的電壓,當然這種方法有很多,電路結構也很多。
這次我們做一個升壓電路,主要是鍛煉我們的動手能力。
輸入電壓:15-24V
輸出電壓:60V
最大輸出電流:4A
最大輸出功率:240W
三
根據圖紙焊接
根據電路進行PCB布板,因為功率比較大對PCB布板的要求也比較高,不建議使用洞洞板進行焊接。
根據圖紙把元器件做一個大概的布局,一定要合理布局,畫PCB電路板,合理布局可以避免非常多的問題。第一次布局也不用要求太完美,盡可能的布局合理就行,飛幾根線是沒問題的,包括做產品也是,一定要先實現功能,先期不要把不重要的工作耽誤太多的時間。
這里布局有一個大概的思路,確定電源輸入輸出端,先大概布局電流回路,盡量縮短電流回路,之后芯片的地線作為電路的基準要靠近電流回路的地線,升壓電路尤其要注意輸出電容的地線要靠近芯片的地線避免干擾。功率MOS管和整流二極管會發熱,一定要加散熱片,把散熱片的位置預留出來。
四
通電測試
在焊接完成后,一定要檢查好輸入輸出電路是否有短路,觀察板子有沒有焊錫渣。
在不熟悉電路時,要單獨測試電路,不要一開始就整機調試,具體方法是,穩壓電源調到15V,電路圖中的電阻R10斷開,輸入端接上穩壓電源,這時用萬用表測量1腳電壓,如果有8V電壓,說明芯片內部基準電路工作了,測試3腳補償腳電壓應該為1.2V左右,8腳是脈沖輸出,萬用表測不到,要用示波器觀察,如果沒有示波器,就不用測試驅動波形了。
8腳空載波形
7腳通過電阻連接到電源輸入端,此處芯片沒有做穩壓電路,直接用的電源電壓15V,只要不超過24V,實驗是沒有問題的,如果要想穩定,可以使用三極管穩壓電路,將超過20V的電壓穩定在20V對芯片供電,對電源電壓的波動會好一點,現在沒有采用三極管穩壓電路,只是為了實驗,沒有做極端測試。
8腳空載波形
空載輸出電壓
五
調試
在測試過程中,發現哪里有問題,再做調試。
遇到的問題,開始啟動帶載的時候,輸出沒辦法達到240W,發現是穩壓電源的最大輸出電流只有10A,因為啟動時的電流較大,要達到240W輸出,電源端最少要25A的輸出電流,更改穩壓電源的最大輸出電流設置后就可以輸出240W了。電壓也可以穩定輸出60V,這里顯示60.345V,是可以穩定到60V的,主要是因為電阻不是高精度電阻,有一定的誤差范圍,重新設置電阻值比例,也可以解決,知道問題,也就沒有去管。
輸入15V,電流17.685A,輸出60V,4A,效率在90.7%,但是因為輸入電流很大,線比較長,會有較大的線損,所以實際上這個電路的轉換效率應該會在93%左右。
帶載輸出電壓
六
優化
電源可以輸出電壓了,可以帶滿載,基本就算成功了,達到預期設計值,剩下還可以提高指標,優化電路,如不同電感感量對電路有什么影響,芯片工作頻率高低對電路穩定性,電路轉換效率又會有什么影響等等。不斷地測試,調試才能更好的熟悉電路。
七
總結
在設計電源時,調試過程是一個不斷嘗試和優化的過程。在實際測試中,需要耐心地排查問題,可能需要對電路進行修改和優化,甚至更換部分元件。通過不斷的實驗和改進,最終達到了滿意的效果。
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