【原创 DIY】菜鸟初学做电源 12V 5A,OB2203+TEA1761,板端最高91.45%效率

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刚学电源4个月,赶上 21Dianyuan 电源网的活动,申请了几个龙腾的 MOS,我也来做个电源吧!之前失败过很多次,这次终于成功了,虽然跟大师的作品比不了,但是也算是证明了,即使是菜鸟也是能做出来电源的!
先亮一下申请到的样片,在此非常感谢
21Dianyuan和西安龙腾!
毕竟是业余,条件和能力有限,所以很多设备都没有,各位大师看了别觉得寒碜。
原理图和 PCB 图
初步计划采用 OB2203(QR)+TEA1761(dcm 同步整流)来做,因为感觉这两个的组合最简单,原理图如下(这个是最终的原理图):
PCB 图(我也不懂安规之类的规定,单纯是怎么合适怎么来做):
PCB 制作步骤
下一步开始做 PCB,没有发去打样,那样太慢。我选择自己手工做 PCB,买的覆铜板也很一般,0.5OZ 的铜箔,只能多开点阻焊层多上点锡。
打印菲林胶片
BOTTOM 层负片
BOTTOM 层阻焊层
喷墨打印机打印
阻焊层
BOTTOM 层负片
采用感光蓝油做 PCB
裁板:
刷蓝油:
烘干(正在加热,比较完美的温度是80°,要等待温度稳定之后才能开始烘干,过热了蓝油的感光效果会变差)
这个东西叫感光蓝油,所以,尽量少照点光,找了个纸皮来遮挡一下。
干燥冷凉之后,开始曝光,定时器我自己做的,到点会自动关。
曝光完毕,显影:(药剂全家福)
显影快完成了。
显影完毕直接腐蚀,再脱膜,就成这样了,还不错吧。
裁切好。
刷好阻焊绿油,再拿去曝光。
曝光完毕,撕掉菲林胶片。
用酒精擦干净 PCB,不太匀称,手工很难刷匀。
打好孔了:
焊零件上去:
全焊好了,散热片还未加工,先凑合用。
变压器还没绕,需要事先算好(我自己的算法)。
重要计算方法
罗列一下一些重要的计算方法,一些太简单的我就不列出来了:
Tips:一些参数是要事先自己定义,并非是计算出来的哦~
参数定义
①交流输入最高电压:265V
②交流输入最低电压:70V(为何定为70V?之后我会再说明)③反射电压(VOR):82V(反射电压和匝比有关联)④频率:40K
(OB2203 低压重载会自动降低频率,40K 是最低频率点,当然你也可以选 50K 或者别的频率)⑤预计效率:0.85
(这个是估计值,老师傅一看拓扑,什么功率等级,就能估计出个大概,我这种菜鸟没有这个经验,就暂时算是85%吧)
⑥输出电压:12V⑦输出电流:5A⑧IC 供电绕组电压:17V
(这个 17V 算了整流二极管的压降了【1V】)⑨次级整流二极管的压降:0.5V
(采用了同步整流,应该不会超过 0.5V 的压降,按最大算)⑩磁芯:
PQ2620 AE=119平方毫米
AW=60.4平方毫米 则AP=0.71876 cm?磁通密度:0.25T
(PC40 建议不要超过0.3T)
计算过程
最高母线电压:=√2*最高交流输入电压=1.4142*265=374.76V最低母线电压:=√2*最高交流输入电压=1.4142*70=98.99V(之所以选 70V,是因为没有计算输入电容的参数,因此选择70是为了能得到 100V 的 DCmin 电压,当然直接按照 100V 去算,也是可以的)占空比=反射电压/(反射电压+(最低输入母线电压-开关管压降))=82/(82+(100-8))=47.12%最低频率工作周期:1/工作频率=1/40000K=25微秒开关管最大打开时间=工作周期*占空比=11.85微秒最大占空比时开关管关闭时间=工作周期-开关管最大打开时间=13.14微秒匝比=反射电压/(输出电压+二极管压降)=82/12.5=6.56原边峰值电流=(输出功率*2)/(效率*最低母线电压*占空比)=3A初级电感量=(最低母线电压*占空比*工作周期)/原边峰值电流=389微亨原边匝数=(最低母线电压*占空比*工作周期)/(磁芯有效截面积*磁通密度)=39.43匝次级匝数=原边匝数/匝比=6.01匝供电绕组匝数=IC 供电电压/[(次级输出电压+二极管压降)/次级匝数]=8.16匝绕组总不能绕半匝吧,所以尽量减小误差,则取整后变压器参数为:39:6:9
Tips:
实际上,要根据选用的骨架的槽的宽度和深度来做轻微的调整(为了刚好绕满骨架,从而增加耦合程度,减小漏感)。
绕组的线径根据一平方毫米截面积过 5A 电流计算,同时还要兼顾能否绕满骨架,所以要综合考虑,最终结果如下:采用肉夹馍绕法:次级-初级-次级-初级-供电次级线径0.44,六股并绕6匝初级线径0.51,单股密绕40匝供电线径0.44,单股均绕9匝
其他的,输入电容:根据 1W=2UF 的经验算法,60瓦=60*2=120uf,由于手头没有 120uf 的,采用 150uf 的,可以大,但小了可不好哦~
反馈分压电阻计算
Tips:
431工作电流通常在 0.5MA 左右,基准电压 2.5V。
那么:
下位电阻=基准电压/工作电流=5K上位电阻=(次级整流输出电压-基准电压)/工作电流=12-2.5/0.0005A=19K
事实上,以上两个阻值的电阻是非标准的,应该是买不到的,所以要取一个近似值。这里取:
上位电阻=18K下位电阻=4.7K则工作电流=基准电压/下位电阻=0.53毫安可稳定电压=((上位电阻/下位电阻)+1)*基准电压=((18/4.7)+1)*2.5=12.07V
OB2203 的消磁检测分压电阻计算
由于这个消磁检测引脚也有过压保护功能,因此要根据实际情况计算:这里选输出超过15V,就保护,则:超额电压=15V-12V=3V超额倍数=15/12=1.25倍那么 OB2203DEM 引脚正常工作电压范围=最高保护电压/超额倍数=3.75/1.25=3VOB2203DEM 引脚的工作电流典型值是100微安则:分压电阻(下)=正常工作电压/典型工作电流=30K分压电阻(上)=((分压电阻(下)*IC供电绕组匝数*次级输出电压)/( DEM 正常工作电压*次级绕组匝数))-分压电阻(下)=((30*9*12)/(3*6))-30=150K
TEA1761T 的检测电阻
TEA1761T 的检测电阻,数据手册里建议的取值为 1K,这里不做更改,就用1K 。
次级输出的整流电容,由于我不会计算,也就不在这里献丑了,只是取的经验值。
程英明大师傅的算法
结果差不多。
综合参数如下
绕制方法和测试结果
周边参数计算
调试与成品
绕制变压器的时候,手脱不开,所以也没能拍详细的过程。
漏感测试
漏感测试方法:所有次级都短路
结果:(可惜这个变压器匝比不对,后来又重绕了一个,过程没有拍下来)
电感量
调试过程
激动人心的时刻到了,通电,一次点亮(这个是改变匝比之后的变压器,之前的变压器因为匝比不对,导致 IC_VCC 电压太低,轻载输出无法稳定,后来重绕了一个,IC_VCC 绕组增加了一匝,就没事了):
第一次上电:输出
输入:
第一次上电的波形忘记拍了。。。后来调试,发现 RCD 钳位电压太低了(低到 12V),原来吸收电容是 1nf 的,更改为 390p 之后正常了,轻载 75V,满载 140V 左右,基本在合理范围内。其他测试条件我也没有,只能看看各个电压段的输入输出功率和波形了:265V,VDS 520V,输出 12.12V*5A(板端)效率=91.4%。
240V(市电后半夜经常是这个电压)VDS 504V效率不变。
220V VDS 472V,效率稍微高了那么一点点。
110V VDS 320V,效率12.12*5/67.6=89.64%。
95V,效率明显降低了。
85V,效率进一步降低!
至此,基本完工,拆除那些焊上去的测试点。改造一下散热片,最终结果如下:散热片是 2MM 厚的铝片,用钳子折弯的,非常费劲!裁开是用的钢锯锯开的!
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END
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