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【DIY大賽】+反激+基于uc3842 tl494 的buck電源設計及相關經驗分享

      本人是一個大二的學生,初入開關電源設計,看了很多電源網的相關帖子,設計出了兩個buck電源,分別基于uc3842和tl494。做的很一般,經驗也很欠缺,希望各位前輩多多指導,說的不對的地方請各位大佬指出,方便晚輩學習

      從半年前開始設計buck電源,最早僅僅以為把方波灌給msofet即可實現開關降壓,就用555做了個信號源,當我調整電位器企圖改變占空比從而改變輸出電壓時,尷尬地發現輸出電壓并無變化。仔細看了虞龍老師(sometimes)等大佬翻譯的《開關電源設計》后,發現是電感工作模式處于dcm(斷續電流模式)下的緣故,眾所周知,buck電路輸出電壓為uin*d,這是在ccm模式下利用法拉第電磁感應定律推出的,為得到此輸出電壓,需控制開關頻率和電感量以保證電感工作在ccm模式下。而且需使用脈寬調至芯片來根據輸出電壓的反饋信號控制開關管驅動信號的占空比,才可做出真正的閉環控制開關電源。

    在瀏覽電源網眾多buck方案的帖子時,發現很多方案失敗的原因在于其企圖用uc3843的六號腳位輸出信號直驅mosfet,做出后其實自然就會發現開關管處于線性工作區間,這是因為驅動電平問題導致的。

buck拓撲

如圖,與boost電路不同,對于buck電路,其mosfet位于高邊,其源極并不直接與功率地相連而是先接至負載,若把以功率地為參考點的輸出信號直接接至mosfet柵極,由于負載產生壓降,mosfet源極電位將被抬高,而柵極電位并無變化,mosfet的gs端將處于欠壓狀態而進入線性工作區。

為了正常驅動開關管,需要將柵極電位進行抬升,或者直接在gs端接入一路隔離電源并使用隔離驅動技術傳遞驅動信號(例如驅動光耦)。

我最后在uc3842方案中使用了ir公司ir2117柵極驅動器,這類高邊mosfet的驅動器需搭配自舉二極管(需用快恢復類,我使用了fr107)和自舉電容(典型容量為一微法,若驅動信號頻率較低,需要適當提高自舉電容容量)。以下是我的uc3842buck方案電路,(驅動部分并未使用圖中的分立器件自舉回路,而用了上文所述的驅動ic,這個自舉回路存在一定的問題最終沒有采用)。

ad原理圖

對于這個圖,重點說下我對三號腳位的處理,眾所周知,uc384x

的三號腳位是電流反饋腳位,當此處的電壓幅值大于一伏時,芯片將進入保護狀態,很多時候電源輸出進入打嗝狀態,就是因為三號腳位引入了較大幅值的噪聲所致。為了防止這種情況發生,我學校的老師讓我把三號腳位直接接地(現在來看真他娘的蠢)。然而這樣干后,尷尬的發現芯片輸出占空比保持最大。請教了尤小翠師父,才知道這個腳位其實直接與pwm鎖存器相連,如果其直接接地,反饋信號永遠小于基準信號,自然無法縮小占空比。 (具體框圖如下所示)

3842內部框圖

    所以為了讓pwm調制正常進行,需要在三號腳位引入適當幅值的鋸齒波,如果從主拓撲中引入,則電流環處于閉環狀態,pwm芯片將進行峰值電流保護,pwm調制模式為電流模式,對比電壓模式有諸多優點,但將引入電流模式帶來的次諧波震蕩問題。引入的鋸齒波如果斜率過小或過大則需要對三號腳位進行斜坡補償。對于我這樣的初學者來說還是有些難。我最后選擇了電流開環的辦法,即在三號腳位引入固定幅值與頻率的鋸齒波。其實相當于把電流控制型脈寬調至芯片當成電壓模式芯片來用,并將電流環開環。

    引入鋸齒波的方法有很多,在這里介紹一個ti官方的接法

ti官方應用電路

即使用npn型bjt將rt腳位的鋸齒波引入三號腳位,注意看圖中的電位器,其用于調整鋸齒波幅值,其大小不應超過一伏。

最后在小翠師父的指導下打了pcb,送至某創打樣

實物如下

pcb實物

用五歐姆水泥電阻做負載,粗測效率百分之八十(很抱歉我因為條件有限,實在無法測到更加精確的數值

想嘗試下其他的芯片,于是找到了經典中的經典——tl494

其實用tl494的buck,ti官方已經給出了典型應用電路,(非常感謝電源網推出的buck板,用的就是這個電路,這套電路讓我初步認識了脈寬調制的原理)

jpg-tl494buck

實際做出后很開心,但是有一點不太開心,——這個電路的主開關管是pnp型bjt,價格較貴不說,bjt的導通壓降使這個電路與使用n溝道mosfet的

buck相比效率低了好多。于是自己著手改造電路,首先,需要將這個電路改為下拉接法,即將c1 c2接至vcc,e1 e2接至下拉電阻后與gnd相連。即可在下拉電阻兩端得到pwm調制信號。

制作出的pwm驅動電路實物如下

494實物

這是在五號腳位檢測到的鋸齒波信號

鋸齒波信號

這是在較大占空比輸出時下拉電阻兩端檢測到的pwm信號

最大占空比輸出信號

其次,需要將這一信號送至mosfet驅動電路。為了嘗試自己不會的技術,我使用了高速光耦隔離驅動。

光耦隔離驅動板

較大占空比下,gs端驅動波形如下

tlp250波形

光耦隔離驅動對比自舉驅動和gdt驅動而言有著驅動占空比可以較大的優勢,最終做出的電源的emi也明顯比自舉方案要小,缺點在于驅動速度慢,而且需要在驅動端加入一個隔離電源,驅動芯片造假昂貴的缺點,但由于不易受干擾,對布線的要求不高,很適合我這樣的初學者。

本帖將持續更新,后續將加入同步整流技術提高輸出效率。非常感謝電源網的很多技術帖作者,你們讓我學到了豐富的知識,非常感謝小翠師父在百忙之中教會我這么多電源知識讓我得以入門。本人才疏學淺,如果有什么內容說的不對,歡迎各位大佬指出,謝謝你們。






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hylylx
LV.9
2
2018-10-05 12:07
樓主厲害
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2018-10-11 16:31
光耦隔離驅動部分電路圖能貼上來嗎?
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2018-10-12 08:53
@買女孩的小火柴
光耦隔離驅動部分電路圖能貼上來嗎?[圖片]
行,中午回宿舍貼
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2018-10-12 12:53
@買女孩的小火柴
光耦隔離驅動部分電路圖能貼上來嗎?[圖片]
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2018-10-16 15:28
@鋼珠子母彈
[圖片]

對你圖二分離元件搭建的驅動電路,有興趣。后期有沒有修改好,想學習一下。

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2018-10-16 21:16
請問,你的隔離電源是怎么做的,你也可是試一下使用變壓器驅動的方法。
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2018-10-16 23:37
@舊流年SUN
請問,你的隔離電源是怎么做的,你也可是試一下使用變壓器驅動的方法。
隔離電源有很多方案,比如單芯片反激方案,這個正在做,gdt驅動好處確實多,但用在這種小功率驅動上總感覺大材小用,而且gdt驅動,占空比不可過大,buck的占空比與其他電源不同,如果降壓幅度低,占空比是比較大的。此時如果用自舉ic也會因為占空比過大自舉電容電荷量不足以供電而出現問題,綜合來看,我認為光耦最好
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2018-11-05 09:19
想問一下樓主,這個電源網推出的Buck板是在電源網購買的還是?
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2018-11-05 12:28
@珍珠和泥土
想問一下樓主,這個電源網推出的Buck板是在電源網購買的還是?[圖片]
以前可以申請試用,現在沒了
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2018-11-10 17:23
BUCK電源容易入門,這個學習起來快,
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2018-11-10 17:54
@lihui710884923
BUCK電源容易入門,這個學習起來快,
個人認為buck其他部分非常簡單,關鍵就是主開關管的驅動。
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2018-11-12 10:07
@鋼珠子母彈
個人認為buck其他部分非常簡單,關鍵就是主開關管的驅動。
主開關管的驅動,如果是用pwm芯片直接控制的話應該問題不大啊,但是你要用單片機輸出PWM控制的話就不一樣了
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2018-11-26 14:48
沉的太深你不說都找不到了,UC3842可以做12v輸入30v500ma輸出嗎?打算的是做隔離輸出的
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2018-11-26 17:02
@東城立昇
沉的太深你不說都找不到了,UC3842可以做12v輸入30v500ma輸出嗎?打算的是做隔離輸出的
可以,uc3842最經典的應用就是uc3842反激方案,可以隔離升壓,用光耦反饋即可
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2018-11-27 07:32
@鋼珠子母彈
可以,uc3842最經典的應用就是uc3842反激方案,可以隔離升壓,用光耦反饋即可

好的,謝謝!

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2019-07-20 17:00
我當時跟你一樣在找3腳的用法,直到找到你的文章,突然大悟。不過,你那個原理圖的1,2引腳之間的R11電阻取小了,我當時跟你選用的一樣,也是1K,但是測輸出電壓時總是跟計算值偏差有1V多,看了看UC的內部結構圖,它1腳那兒有個1mA恒流源,加在1K電阻正好有1V左右,猜想是不是兩者有關,然后用萬用表測得1K電阻上的電壓確實接近1V,然后換了100K電阻后,輸出跟計算值相近了。
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2019-07-23 16:05
@夜色桃籬下
我當時跟你一樣在找3腳的用法,直到找到你的文章,突然大悟。不過,你那個原理圖的1,2引腳之間的R11電阻取小了,我當時跟你選用的一樣,也是1K,但是測輸出電壓時總是跟計算值偏差有1V多,看了看UC的內部結構圖,它1腳那兒有個1mA恒流源,加在1K電阻正好有1V左右,猜想是不是兩者有關,然后用萬用表測得1K電阻上的電壓確實接近1V,然后換了100K電阻后,輸出跟計算值相近了。
我沒有取1k 我取了100k 原理圖有錯
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2019-08-07 17:04
這個是開源的嗎?有PCB 和原理圖文件嗎
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