原创开关电源之热设计；之纹波&噪声设计；开发电动车充电器有感

 2007-3-6 11:15  3585 5 5 分类: 电源/新能源

今天看到在zhanglong.blog.dianyuan.com 看到几篇工作经验分享，转载过来。又一次感觉到什么叫隔行如隔山。革命尚未成功，同志仍需努力。

开关电源之热设计

由于开关电源的普及,市场需求也在不断阔大.这对于广大工程师来说前景是可喜的.不过要设计符合市场需求的产品.不仅要有低的成本,而且还要有非常好的品质.而温升就直接影响到电源的品质.同样也是让工程师们头痛的问题之一.为了能很好的解决开关电源温升的问题,我们工程师做了不少工作.也取得了很好的成绩.
温升的产生.为了能解决开关电源温升,首先要搞清楚开关电源温升是如何产生的.我们大家都知道定律守恒的道理.也就是说输入的功率总是要大过于输出的功率,那么这大出的功率到那里去了呢?我想大伙已经都知道咋回事了.其实这大出的功率,除了很小的一部分变成电磁向空中波散外.其它的都转变成了热.而这热就消耗在我们的电源板上了.显而易见效率和温升是对立的,也就是说效率越高则温升越低. 如何解决效率问题,也就可以解决温升问题了.
具上述情况我提几点实践经验供大家参考.
  1低通滤波所使用的电感要考滤工作时的电流强度,一般损耗要控制在0.2-1W之间.
  2滤波电解要选用低损失角的.
  3热敏电阻也要选的合适.如PCB板面有焦黄的现像.则要考滤热敏电阻是否选用的不合理.
  4高频变压器和MOS管的搭配和重要.不仅要做的铜损和铁损的平衡.还要做的MOS开关起来很干脆,这样就能提高电能的转换效率.
  5整流管的选择,在设计过程中要非常了解,电源在最高电压工作时的整流管所成受QP电压,这样好选择合适的整流管. 整流管的耐压要正好.不要太高.因为耐压越高整流管的F值就越高.整流的效率就越低了.
  在设计时还要考滤PCB铜皮的电流密度,如受体积限制.可采用插件跳线或是SMT跳线分流..可以减少PCB的损耗.愚人之见,勿加嘲讽!

开关电源之纹波&噪声设计

大家都知道, 纹波&噪声危害性.它能使客户的MCU死机,能使客户主板上的电容爆裂,等等.
但在同时大家认为纹波是可以后天整改的,其实不然.我们应该在设计考良点出发,要象对待电磁兼容一样认真对待纹波&噪声.特别是用在资讯类产品,就更要注意纹波&噪声了.,有种情况,大家也许都会碰到.比如有款设计前没考虑纹波&噪声的电源,结果其它参数都很好,唯有纹波&噪声偏大.但是改来改去都没多大效果,弄不好还会影响到其它原本很好的参数.最后落个得不偿失.具自己经验,写几点供大家探讨.
1 初级主滤波电解电容要选用适当,一般要在W/1.2-2uF之间.
2 工频要做合适的调节.笔者一般用在47K-75K之间.
3 要注意元件的搭配,和变压器的参数.
4 尽量使用恢复时间短的整流管.
5 尽量使用高频低阻的电容,(如成本太高,则可使用多个电容并连,也能减小阻值)
除了上述的几点外,还要考虑PCB的走线,不要引起寄生振荡.虽然频率比较低,但还是要注意.还有啥不足的希望大家补充.

开发电动车充电器有感

不觉中开发电动车充电器已有4年了,随着潮流的进步.充电器以由原来的TL494+LM324到现在的MCU,无论是体积,还是档次.还是节能环保,都有了很大的变化.功率也由原来的电动玩具,工具,到后来的电动汽车.这些都可以值得我们高兴.
但总的说来电池和充电器之间的配合还是有不少的问题.同时在设计过程中添加了不少的新功能.(比如:定时,温控,防倒流,脉冲式,强大的充电指示功能,等等),给生产和测试增加不少的难度,但既便是这样的产品,也有很多另人担忧的地方.
1 充电器不能保正,电池在有一半电能的情况下都能充到100%.我们都知道电动车控制器都有一个最低放电点,一般都定在20V(吉安特,安其尔)定在22V,也就是说电池放电到这时就不在向马达提供电能了.那么这时充电能够达到最好的效果,则不然,如果电池只放电一半,就要充电时就不能保正充到100%.
2 充电器不能保正,在电池新与旧之间提供很好的充电效果.我们都清楚电池在它的老化过程中充电的曲线是一直在变化的.就针对24V电池来说.正常时它的最高充电电压是在29.7V以下,而在寿命后其它的最高充电电压会达到33V,而在这时电池的漏电流开始增加,导致很多充电器的三段式充电无法完成,甚至导致充电器的反复充电,而加快电池的老化.
3 充电器不能保正,电池在夏季和冬季能有同样的充电效果.我们都知道电池在冬季充电要比夏季效果好的多,到底是咋一回事呢?这个问题要请教我们电池开发工程师了.但我们的职责就是要尽量来克服这种情况.达到无论在那种情况都能有很好的表现.
4 充电器不能提供对,同一规格不同生产厂家的电池很理想的充电效果.由于每家电池的充电储能点都不一样,(我们称电池在充电过程中在恒流时间最长一段的开拾,叫做储能点) 针对24V电池来说,实践表明有的电池储能点在25.5V-29V之间,而有的电池是在27V-29.3V之间. 从而体现出充电器不能兼容的问题.
5 安全,充电器在使用过程中的安全,是大家都很关注的问题.特别是在镍氢电池快充这一快,安全尤为突出,镍氢电池有个特点,当电池充电完成后,如充电器不能及时的检测到,电池就会把充电的能量转换成热,当电池超过60℃时,就会进入到一个恶性循环的状态,会导致充电电流的急剧增加,电池的急剧升温.从而会导致爆炸和火灾.笔者就有过亲身经历.
现在工程师不仅要面对以上的问题,而更大的问题是在于,开发一款性能卓越价格合理充电器的同时,还要面临便于大批量生产的可操作性,小的离散性,品质可控性的巨大挑战.
以上是本人在几年的开发过程中的一些心得,提供同行们参考.愚人之见,勿加嘲讽!

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