前阵子接了个舞台帕灯的项目,参数要求不算复杂但实际做起来踩了不少坑:
输入:24V/36V/48V通用(客户要兼容不同电源适配器)
输出:驱动多颗RGB灯珠串联,总功率300W+
调光:要细腻,不能有频闪(舞台拍摄需求)
控制:最好能做到共阳极控制(多路调光方便)
一开始想用降压拓扑,但输入电压范围太宽(24V-48V),灯珠串电压也跟着变,降压方案做不了宽压通用。后面选来选去定了一颗宽压输入的降压恒流方案。
为什么选这颗:
输入12-100V,24V/36V/48V通吃
平均电流模式控制,不需要环路补偿,恒流精度±2%
外置MOS,最大10A,功率可延展
DIM脚支持PWM调光,调光深度最低0.01%
效率标称94%(实际取决于MOS选型和布线)
MOS选型:我踩的第一个坑
第一版随手抓了一颗常用的NMOS,Rds(on)≈40mΩ,Qg≈30nC。规格书上看着还行,实际跑起来问题来了:
10A输出时,导通损耗P = I²×R = 100×0.04 = 4W,光MOS本身就要散4W热
加上开关损耗(Vds×Ids×fsw×tr/tf),实际MOS温升跑到85℃+
效率算下来只有87%,与标称的94%相差甚远
后面换了低内阻的管子,Rds(on)≈15mΩ,Qg稍微高一点但也在可接受范围,导通损耗降到1.5W,效率直接拉到了93%以上。
几个建议供参考:选MOS的时候别只看Rds(on),高压大电流下还要关注Qg。因为开关损耗=0.5×Vds×Ids×(tr+tf)×fsw,Qg越低,开关速度越快,开关损耗越小。但Qg做低的管子通常Rds(on)会高一些,这俩是矛盾的,需要根据实际工作电流找一个平衡点。10A以内的工作电流,Qgd尽量控制在15nC以下比较稳妥。
驱动能力不足的问题
这颗芯片的DR脚直驱MOS,在小功率下(100W以内)完全够用。但功率超过200W后,开关速度跟不上,MOS发热明显增加。后来参考芯片手册上的应用电路图,在DR脚和MOS栅极之间加了一组推挽电路,开关速度提上去了,问题解决。
做200W以上方案,建议预留推挽电路的位置,看实测结果决定要不要贴。
调光频率怎么定?
DIM脚支持PWM调光,频率范围0.1-20kHz。我试了几个频点:
200Hz:灯光有轻微抖动,人眼看不出来但手机拍会闪
1KHz:人眼和手机拍摄都OK
5KHz以上:电流波形开始失真,低亮度下恒流精度变差
最后定在1KHz,这个频点兼顾了无频闪和恒流精度,做舞台灯的同行可以参考。另外有个小发现:DIM脚输入电容超过100pF时,上升沿会变缓,开关损耗增加。所以DIM走线尽量短,电容尽量小。
Layout几点心得(大功率版)
功率回路要短:输入电容→MOS→电感→续流管→输出电容,这个回路围成的面积越小,EMI越好。我的第一版走线绕远了,辐射超标,后面重新布局才过。
MOS和芯片的地要单点接地:功率地和信号地分开,在芯片EPAD处汇合,否则采样电阻上的信号会被干扰。
芯片底部焊盘必须接地铺铜:大功率下芯片本身也有功耗,底部焊盘不焊好会导致过温保护提前触发。
建议用2oz铜厚:1oz在大电流下温升明显,2oz能有效降低PCB走线阻抗。
大电流路径要开窗加锡:MOS的D极、S极、电感焊盘、续流管焊盘,能开窗加锡就加,散热和过流能力都会改善。
实测数据(48V输入,36V/3A输出):
MOS型号 Rds(on) 驱动方式 效率 MOS温升
A管 40mΩ 直驱 87% 85℃
B管 15mΩ 直驱 91% 65℃
B管 15mΩ 推挽 93% 52℃
总结:
这颗芯片适合做大功率调光应用——舞台灯、工矿灯、汽车大灯、大型调光电源都行。外置MOS的架构让功率覆盖范围很宽,从几十瓦到三百多瓦都能做,灵活性高。调光深度0.01%在舞台灯行业算是第一梯队。
做200W以上方案,MOS选型和驱动电路一定要重视,芯片本身没问题,但外围设计决定了最终效果。
各位如果也在做类似的大功率调光方案,欢迎交流。
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