我用单片机做的非同步BUCK，17V输入12V输出效率81%，效率如何

2万 · 2007-8-21 15:48

输出电流4.6A 。电感150uH很烫手，电感DCR是100毫欧。

MOS管也烫手。肖特基二极管温度稍低些。

占空比是72%。PWM频率是32K。

除了用同步方式外，还可以提高效率吗？

后改5uH DCR 10毫欧的电感，效率搞到83.5%，电感仍然烫手。

两种测试，稳压输出 12.08V，比较稳定。

2万 · 2007-8-21 16:16

搞同步有何意义？
电感从150uH到5uH，楼主是搞设计的还是玩玩？

只看该作者 · 2007-8-21 17:34

一、150uH太大，这里需要9A的电感，很困难；5uH的电流容易做到，但跟开通时间不匹配（32K、D=0.72至少要12uH电感），键议用22uH/10A电感。

二、MOSFET发热有两个原因，一是Rds太大，二是开关速度慢，怀疑你的驱动电路有问题。

2万 · 2007-8-21 18:11

TO:dadodo
我上次计算出5uH的电感值，也是参照资料算的，这个资料是国际大公司的方案，从电路图到源程序等都有错误。

150uH电感值是按照《开关电源设计》第二版公式算的。

计算电感值，看到几个公式，各公式计算出来的值还不一样。

TO:davidli88
电源高手，目前只能仰视了，谢谢您的建议！
因为此电路要适应恒流，恒压，多电压输出，目前因为要急着出17V 输出 12V的，所以先调了。
MOS管的RDS是10毫欧，两个管并联，13A SO-8的管子。
目前单片机用8M主频，可以升到20M（还没有调试），如果用100K PWM是不是可以用5uH 10A的电感？

我也感觉驱动有点问题，用的是经典图腾柱方式驱动，按理应该没有问题的。
下面驱动图：

只看该作者 · 2007-8-21 18:41

电感是否饱合，开关管是否在零电压零电流下开关

2万 · 2007-8-21 20:29

只看该作者 · 2007-8-21 21:48

按你的描述，电感与MOS管同时发热，电感磁饱和的可能性很大，饱和后电感量大幅度减小，MOS管上的平均电流大大增大，铜损同时上升，效率自然低下。

测量电感电流波形即可知道是否磁饱和

只看该作者 · 2007-8-22 09:05

如果图腾柱供电与主电源同路的话，推动P-MOS可行，推动N-MOS管子工作在线性区，无法进入饱合。

请慎用“高手”的称呼，受之有愧，电源并不是我的强项。

2万 · 2007-8-22 09:46

呵呵，自谦了。

LS，17V 输入 12V输出，能达到90%才算及格，最高能达到多少？
呵呵，如果能达到95%以上，产品有很有竟争力了。

如果驱动没问题的话，应该是电感不适配了。
两种方法解决：
1、换个电感；2、提高PWM频率。

只看该作者 · 2007-8-22 12:50

首先，我们来对比一下工频隔离变压器与自耦变压器。

图A是隔离变压器，它的输出能量全部经变压器转换，故功率、效率一定。而图B是自耦变压器，它的输出能量部份由电源提供，部份由变压器提供，故功率、效率均明显高于前者。
得出结论：1、在体积、材料、制作工艺相同的条件下，自耦变压器的效率、功率明显高于隔离变压器。2、在输出一定的条件下，输入输入电压差比例越小，则变压器体积越小，效率越高。

在BUCK电路中，开关导通期间电源提供的能量，一部份由电感转换为磁场能，一部份直接提供给负载，开关截止时，电感将磁场能转换为电能，提供给负载。可以认为，输入输出压差比例越小，则占空比越大，需要经过磁场转换的能最部份越少，整体效率就越高。
因此，在同样的器材及工作条件下，BUCK的效率应明显高于隔离的并联变换器。

17V入12V出，线性降压效率就有70%了，实在看不出80%有太大的优越性。
如果说业界做隔离17V入12V出效率及格水平是80%的话，那么做成BUCK就应该轻松达到90%，所以有17V入12V出效率90%才及格之说。

只看该作者 · 2007-8-22 13:49

2万 · 2007-8-22 15:58

150uH,效率达到86%。
MOS管与电感都烫手，4.6A输出两个小时，还好没有炸管，准备测试5个小时看看。

用5uH的电感，电感不热，可MOS管更烫手。

已经让电感厂做22uH,黄红磁芯 10A。
感觉这家电感厂服务挺不错的，要了三批样品都免费而且三天内就做好了。

TO:davidli88
考虑BUCK拓朴效率高，我想在AC/DC中也采用BUCK拓朴，用隔离型BUCK 220V/380V 交流输入 DC 15V输出，功率是20W。不知此方案可行否？

因为要隔离，所以有两个绕组，这样就不是自耦变压器模式了，效率是否很难达到90%？

只看该作者 · 2007-8-22 17:00

通常认为BUCK是指串联斩波降压电路，即非隔离型。由于流经开关管的电流不可能大于负载电流，理论占空比在0-1范围不受限制。而隔离型变换器则不然，当占空比超过0.5而没有相应的磁通复位措施的话（如有源钳位等），磁芯饱合后电流突增烧掉开关管。

商品化隔离DC-DC效率的最高记录是96.5%，达到这一指标是相当困难的，做出来也是天价。一般能达到非隔离93-95%（占空比大就在高些），隔离90%就很不错了。

由于有整流滤波0.5%损耗，超过70W还需要加入PFC电路，附加损耗3%，AC-DC效率不可能比DC-DC高，目前商品化高频AC-DC的最高记录是93%。

AC-DC效率做到90%已经是很高水平了。低频工作时由于开关损耗小得多，容易做出高效率，你用单片机来搞，只能定位在低频，对效率的提升反而是件好事。只不过体积大点而已。

只看该作者 · 2007-8-22 17:20

铁损非常严重

2万 · 2007-8-22 17:54

《开关电源设计第二版》有BUCK隔离型电中，考虑采用它试试，因为外壳已定，不想重开模，另外电感感觉比变压器来得简单，问题也好解决。

黄红芯是进口材料做的，听说高温及电流特性好，黄白芯是普通的芯，较便宜。

黄红较贵。

我用5uH的黄红芯做测试，温度很低，显然损耗低。
是不是我搞错了？电感厂也只说黄红芯贵，但特性好。

倒是看过早期电脑电源部分用的是黄的，后来就没有黄色的芯了，说是现在电脑DC/DC高频了。

只看该作者 · 2007-8-22 18:01

铁粉芯是涡流损耗严重，同样的磁芯，你试试绕到300uH左右，以你的输出功率，磁芯应该发烫

建议你考虑铁氧体芯加气隙

只看该作者 · 2007-8-22 18:33

一般情况下，以满载时电感电流纹波占负载电流20-30%计，电感过小，电流纹波大，开关管电流应力大，还要求滤波电容大，并且有很小的ESR，这就需要增加电容的并联数量，同时死负载电阻要小，否则轻载时占空比会下降，降到一定程度电路就打嗝，显然不合算；电感过大，好处是可以用小容量的ESR稍大的滤波电容，则瞬态响应变压，同时电感体积增大。

2万 · 2007-8-22 20:53

图中是《开关电源设计》第二版截图。

铁粉芯是涡流损耗严重，是在件条件下呢？倒是感觉铁氧体的涡流损耗严重。

磁粉芯是由铁磁性粉粒与绝缘介质混合压制而成的一种软磁材料。由于铁磁性颗粒很小（高频下使用的为0.5～5 微米），又被非磁性电绝缘膜物质隔开，因此，一方面可以隔绝涡流，材料适用于较高频率；另一方面由于颗粒之间的间隙效应，导致材料具有低导磁率及恒导磁特性；又由于颗粒尺寸小，基本上不发生集肤现象，磁导率随频率的变化也就较为稳定。主要用于高频电感。磁粉芯的磁电性能主要取决于粉粒材料的导磁率、粉粒的大小和形状、它们的填充系数、绝缘介质的含量、成型压力及热处理工艺等。
常用的磁粉芯有铁粉芯、坡莫合金粉芯及铁硅铝粉芯三种。
磁芯的有效磁导率μe及电感的计算公式为： μe = DL/4N2S × 109
其中：D 为磁芯平均直径（cm），L为电感量（享），N 为绕线匝数，S为磁芯有效截面积（cm2）。
常用铁粉芯是由碳基铁磁粉及树脂碳基铁磁粉构成。在粉芯中价格最低。饱和磁感应强度值在1.4T左右；磁导率范围从22～100；初始磁导率μi随频率的变化稳定性好；直流电流叠加性能好；但高频下损耗高。

只看该作者 · 2007-8-22 22:35

要验证这个情况，用锉刀锉掉你的黄红芯表面保护一小点，量一下导电电阻有多大就知道你的供应商是不是忽悠你了，俺手上的黄白芯磁环，是几K欧级别的，线圈通过电流后，就是一电磁炉。

2万 · 2007-8-23 00:50

不知还没有其他人左证呀。

明在就要将产品发给客户带到美国参展了。

调了一天，现在效率调到了92.5%。
不过，电感,MOS管仍然烫手。
呵呵，不管了，先过这关再说。

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弄清楚电感是铜损发热还是铁损发热

图不全面

图腾柱供电与主电源同路，推P-MOS

BUCK和BOOST是所有拓朴中效率最高的

17V入12V出,95%的效率不算难达到，83.5%可以认为不及格

现微调了一下，用100K PWM，占空比是65%

低频的变换效率高些

黄红磁芯是高频材料,铁粉芯，不适合做BUCK输出电感

学习了！呵呵，有了追赶的目标了。

5uH,对应32K，电感的作用非常小，代价是紋波上升，MOS管电流

电感的选择要合理

有点晕哦

铁粉芯的电阻较低，涡流损耗相对铁氧体要高很多

呵呵，有点糊涂了，不止一位电源人说做DC BUCK用黄白环或黄

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