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[经验知识] 硬件工程师的思维-某宝DP60升降压开关电源上电过冲电压

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 楼主 | 2020-5-20 16:55 | 显示全部楼层 |阅读模式
疫情期间,偶见某宝上卖DP60升降压开关电源模块,家里正规的直流稳压电源有好几台,好奇买了一块看看,输入5.5-30V,输出0.5-30V。中间一块电路板,上下2块透明有机玻璃板子,直流输入输出端子,LCD显示,2个按键,2个电位器,几个LED,适合初学者DIY。初看,做工不错,当时简单测试一下,输出接个电阻负载,用示波器大致看看波形,功能正常。
这几天有空,仔细测试一下,测试开启瞬间的输出电压波形,设置3.3V时,开机电压一直上升,到5.3V左右,开始线性下降,到3.3V时稳定,从5.3V到3.3V,持续时间可达几百毫秒,和负载有关,空载和轻载持续时间长,重载持续时间短。
大致看看板子,一个FP139电源芯片,采用SEPIC电路结构,一个LM358,估计是电流采集差分放大/恒流控制等功能,一个新唐的N76E003 MCU,一个合泰1621段式LCD驱动。找到一份FP5139的数据手册,大致解剖板子的外围电路,和参考设计几乎相同。
框图如下:
                              
参考外围电路如下:
实际板子,反馈网络的RC补偿网络没有,感觉这个RC时间常数不大,应该不会导致这么长时间的过冲。不过,加了没有坏处,加焊了RC补偿电路,没有任何改善,在意料之中。
分析过冲时间这么长,应该是其它反馈环路的时间常数不对,PIN8是COMP,参考设计外接104电容,内部OP输出串联36K,这个时间常数有些大,大概率是这里的问题。第一步,先把这个电容去掉,测试输出电压,果然,上电瞬间没有过冲了,但是输出电压的纹波巨大,环路不稳定了,但是证明思路是对的。第二步,焊接一个103的电容,测试输出波形,上电过冲没有,输出电压也稳定了,大功告成。
模拟电路,说不难就是不难,你看,淘宝上到处有山寨的,抄板即可。但是,既然设计要卖的直流稳压电源产品,这个开机过冲电压达到2V的,时间数百毫秒的,这也敢卖?做电源的,难道不测试上电的波形?只是万用表测试一下稳态的直流电压?看来,能把一个简单的电源设计好,调试好,测试好,起码就是一个合格的工程师了。

TIM图片20200520165016.png
TIM图片20200520165114.png

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| 2020-5-20 17:34 | 显示全部楼层
帮板凳学习

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| 2020-5-20 19:40 | 显示全部楼层


没猜错的话,又是一件冤案!!!

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 楼主 | 2020-5-20 21:26 | 显示全部楼层
认为是冤案的,可以去淘宝自己买一个,DP60升降压模块,32元,想必应该买得起的。
当然,我只解剖局部电路,RP5139的附近电路,其它电路和参考设计有一些区别的。比如L1/L2,实际是耦合电感,外围参数也不完全一样。

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| 2020-5-20 21:31 | 显示全部楼层
以前买一台旋钮式线性电源供应器,也是先测试上电和下电时有无过冲,正常。然后测试电压旋鈕怏速旋转,不良,出现30V突波。描了电路,再变更设计,解决。楼主果然厲害。

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 楼主 | 2020-5-20 22:00 | 显示全部楼层
当然,我只是维修一下,实际电路的参数,电阻大部分是01C之类的代码要查表,我懒得查表,电容我也没有拆下一个一个测量,只看电路结构和参考设计类似。不过,我有一个好习惯,拆下的器件放在一个地方,不会立即丢弃的,等下次有空或者有新想法可以回溯问题所在。也许参考设计的参数没错,只是实际电路的COMP电容容量搞错,看来明天要测测拆下的电容容量了。

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 楼主 | 2020-5-20 22:07 | 显示全部楼层
实际电路的COMP电容有问题肯定没有冤枉它,因为去掉和换一个,状态完全不同。
参考设计104这个值,大概没有错,并没有怀疑参考设计有问题,当然其它外围器件的参数也会影响环路稳定性。

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 楼主 | 2020-5-20 22:12 | 显示全部楼层
实际电路的Cs1是220uF的电解电容,比参考设计大了10倍,换成22uF无效。
FB端按照参考设计,加RC无效,由于实际电路的FB对地电阻比较小,我的R也比较小。
看来,COMP电容实际值是关键。

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 楼主 | 2020-5-21 08:23 | 显示全部楼层
最终结论:
1、参考设计的参数104是没有问题的。
2、实际产品的电容,早上测试容量,竟然是105的,怪不得过冲这么大。按道理,36K/104,过冲即使有,时间也不会这么长。

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| 2020-5-21 09:09 | 显示全部楼层
本帖最后由 xukun977 于 2020-5-21 09:13 编辑

啥叫【正宗的】工程师思维?
看一眼描述,破腚百出,这就是正宗的工程师思维!


429865ec5d4c78b885.png



看不出有冤案,就是程咬金思维----三斧头!就这个几个零件,大不了挨个焊下来测测好坏。

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 楼主 | 2020-5-21 09:26 | 显示全部楼层
我也看不出教授有啥好的思维,难道我的思维不对?
准备用这个板子给3.3V的MCU供电,担心上电有过冲烧板子,使用前先测试,发现有问题,昨天下班前分析维修的,下班前发个帖子回家了。
我首先肯定是板子的设计问题,肯定是环路参数不对,如果不是设计问题,就是生产问题(比如把电容的BOM搞错了),也许是山寨抄板的抄错了。

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 楼主 | 2020-5-21 09:27 | 显示全部楼层
就怕有些教授,只会指点江山显得很厉害,遇到实际问题,连三板斧都不会!

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 楼主 | 2020-5-21 09:29 | 显示全部楼层
连电解电容的正负极搞错了都看不出来,还分析了n久,还好意思写总结。

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| 2020-5-21 09:46 | 显示全部楼层


在小公司和大公司干,各有利弊:

小公司容易出人头地,就那几号人,干硬件的可能就一个,非常容易混成扛把子了。
但无法切磋交流,就一个干硬件的话,那就整个公司唯我独尊了,技术上的成长及其缓慢,时间长了,人可能就废了,因为环境中缺乏竞争。

大公司人才辈出,985学校年年补充血液,不干个一二十年,可能连小组长都混不上,出人头地难,这是缺点。
竞争激烈,技术成长飞快,这是优点。大公司混几年去小公司,很容易混个抗把子职位。

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| 2020-5-21 11:51 | 显示全部楼层

魔术界有个规则:同行之间不能相互解密,否则是拆台。


电工界也有规则,一旦把破腚解密,就是得罪人的差事
所以【祥和】的论坛,应该是相互吹捧,而不是解密。


简单的说一个知识点吧
电工不但要知道type 1,2,3补偿器,还要知道下图这种补偿器:


34925ec5fa5c705f3.png


不能因为没看见type 1,2,3,就说人家电路没有补偿网络。




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xukun977 2020-5-21 13:44 回复TA
@CI-KE :不许评论,就在帖子上注明:不喜勿喷! 
CI-KE 2020-5-21 13:35 回复TA
典型的没事找事 
| 2020-5-21 12:27 | 显示全部楼层
本帖最后由 st.you 于 2020-5-21 12:30 编辑

有358,且还能调整电压电流,那反馈补偿放在358是常规操作,所以5139没补偿也不奇怪。

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 楼主 | 2020-5-21 13:03 | 显示全部楼层
教授真会咬文嚼字,我说没有补偿网络,指的是参考设计FB反馈的RC补偿网络,他却扯到其它环路补偿网络了。
如果我不不知道COMP含义,会知道去检查COMP电容吗?
教授,老师当惯了,估计手下学生也不咋地,只知道好为人师,美其名曰,打破论坛的祥和气氛。

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 楼主 | 2020-5-21 13:10 | 显示全部楼层
st.you 发表于 2020-5-21 12:27
有358,且还能调整电压电流,那反馈补偿放在358是常规操作,所以5139没补偿也不奇怪。 ...

LM358,一路是电流差分放大检测,这是可以确定的。
另外一路没解剖,估计和恒流控制检测有关,可能MCU检测到过流,直接关闭芯片,芯片有一个控制脚。
输出滤波电容比较大,开关控制也可以达到恒流目的。
反正FB脚和过流恒流无关,我没看见有线路关联。
电压调节,就是一个电位器和电阻。当然也许我没看见,毕竟双面板背面有散热片,没拆器件。

我又不想仿制别人的产品,要做我也会重新设计的,只是想解决上电过冲的问题。

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| 2020-5-21 13:13 | 显示全部楼层
本帖最后由 king5555 于 2020-5-21 13:16 编辑

R1=20K过大,应R1<R6 甚至R1=0,相对C2=0.1uF过大。
的确是正宗工程师。

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| 2020-5-21 13:53 | 显示全部楼层

我上面已经给出补偿器传递函数了,可见36k和0.1uF电容,贡献几百Hz的零点是用来补偿次极点的,这个时间常数不能决定上升时间,因为不能据此信息提取带宽信息。而且更关键的是:这个芯片有软启动电路,数百μS到mS的启动时间都是有可能的。

个人观点,不喜勿喷

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