Открытый исходный код: антирекурсивный блок питания с широким диапазоном входного напряжения, 24 В 3 А, на основе UC3842, с синхронной вентильной коррекцией (UCC24612-1DB), включая расчеты параметров и схемотехники, эскизы, ПП, PSIM-модели, спецификации на трансформатор и т. д.
Введение
Это мой первый опыт изготовления антирекурсивного блока питания, прошу совета у опытных коллег по поводу возможных ошибок или недочётов.
- Расчёт параметров и подбор компонентов антирекурсивного блока питания, руководство по расчёту и пайке трансформатора: https://blog.zeruns.com/archives/909.html
- Анализ и подбор магнитных компонентов / магнитных материалов / структуры трансформатора: https://blog.zeruns.com/archives/897.html
Прошу о помощи в поиске работы: ищу в Гуанчжоу/Фошане/Шэньчжэне работодателей. Мои открытые проекты на платформе OSHW: https://oshwhub.com/zeruns/works
Видео-обзор проекта: https://www.bilibili.com/video/BV1ES4GzQE19/
Ссылка на проект на OSHW: https://oshwhub.com/zeruns/24v3a-Flyback-Power-Supply-uc384x
Сообщество по электронике и микроконтроллерам: ВКонтакте — группа №2169025065 — https://qm.qq.com/q/haWR2WfhIc
Ссылка для скачивания документации в конце статьи!
Внимание! Сборка блоков питания может быть опасной. Автор не несёт ответственности за корректность любой схемы, параметра, формулы. Использование этого проекта на свой страх и риск.
Оцениваю себестоимость небольшой партии (20 шт) в 25 рублей (без ПП и трансформатора, по ценам LCSC). С ПП и трансформатором — не более 50 рублей.
Параметры проекта
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Номинальное входное напр. V_{acnom} | 220 ВАC |
| Минимальное входное напр. V_{acmin} | 85 ВАC |
| Максимальное входное напр. V_{acmax} | 265 ВАC |
| Частота сети f_L | 50 Гц |
| Выходное напр. V_{out} | 24 В |
| Выходной ток I_{out} | 3 А |
| Рабочая частота f_s | 150 кГц |
| Эффективность η | 85 % |
Размер ПП: 100x55 мм
Тип ПП: двухслойная, верхний слой — вставка, нижний — паяльник
Фотографии реального устройства
Ниже изображения второй ревизии.
Ниже изображение первой ревизии, с некоторыми проблемами, легко может сгореть транзистор, вторая ревизия исправлена.
Высокочастотный трансформатор:
Тестирование и измерение показателей
Первоначальный тест при включении
При первом включении рекомендуется включить в цепь лампочку, чтобы ограничить ток при возможном коротком замыкании. Устройство запустилось, напряжение на выходе 24,1 В (при 0,9 А нагрузки, см. тест ниже).
Зачем лампочка в цепи: ограничивает ток при возможном коротком замыкании. При нормальной работе лампочка ярко не горит, так как её сопротивление невелико и она не влияет на тест. При коротком замыкании — ток резко растёт, лампочка ограничивает его, защищая основные компоненты.
Тест также возможен при прямом напряжении 60 В — устройство запустилось, но пришлось изменить значение резистора запуска R24+R16 с 200 кОм на 100 кОм (замкнуть один резистор), иначе запуск не происходит при низком напряжении.
Измерение КПД (эффективности)
Используемое оборудование:
- Батарея-измеритель JETech: https://blog.zeruns.com/archives/764.html
- Электронная нагрузка JETech: https://s.click.taobao.com/DvbzQ4q]
| Входное напр. (V) | Входной ток (A) | Видимая мощность (W) | Полезная мощность (W) | Выходное напр. (V) | Выходной ток (A) | Выходная мощность (W) | КПД (%) | Коэффициент мощности |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 219,85 | 0,029 | 6,38 | 2,10 | 24,13 | 0,00 | — | — | 0,33 |
| 219,83 | 0,251 | 55,18 | 28,69 | 24,10 | 1,00 | 24,10 | 83,99 | 0,52 |
| 219,59 | 0,438 | 96,18 | 55,78 | 24,07 | 2,00 | 48,14 | 86,30 | 0,58 |
| 219,65 | 0,637 | 139,92 | 82,55 | 24,05 | 3,00 | 72,15 | 87,40 | 0,59 |
| 111,55 | 0,036 | 4,02 | 1,81 | 24,13 | 0,00 | — | — | 0,45 |
| 111,13 | 0,406 | 45,12 | 28,88 | 24,10 | 1,00 | 24,10 | 83,46 | 0,64 |
| 110,89 | 0,753 | 83,50 | 56,78 | 24,06 | 2,00 | 48,12 | 84,75 | 0,68 |
| 110,58 | 1,097 | 121,31 | 84,91 | 24,00 | 3,00 | 72,00 | 84,79 | 0,70 |
Максимальная КПД достигнута: 87,4 %, потребление при нагрузке минимально 1,81 Вт. Потребление при пустой нагрузке немного выше нормы.
Вышеуказанные данные получены при использовании обычного диода, не синхронного выпрямления, так как используемый MOSFET имеет высокое сопротивление, что снижает КПД. Для улучшения рекомендуется использовать MOSFET с меньшим сопротивлением.
Тест на пульсации выходного напряжения
Осциллограф: 普源DHO914S — https://blog.zeruns.com/archives/764.html
При измерении использовалась длинная проволока (~15 см), без заземляющего кольца, не на выходном конденсаторе, поэтому результат может быть завышен.
Пульсация при пустой нагрузке: пик до пика ≈ 730 мВ, частота пульсации ≈ 138,96 кГц, близка к частоте переключения.
Пульсация при 3 А нагрузке: пик до пика ≈ 562,08 мВ.
Формы напряжений на MOSFET
При входе 220 В, выходе 24 В, нагрузке 1 А:
Жёлтый сигнал — напряжение между gate и source, синий — между drain и source.
Видно, что при выключении MOSFET пик напряжения на drain-source ≈ 440 В (из-за лампы в цепи, измеренное напряжение заниженное).
Усечённый вид формы напряжения gate.
Форма напряжения на диоде выпрямления
Прямо на выходе, без синхронизации:
- Пустая нагрузка, 60 В на входе: пик ≈ 56 В.
- Нагрузка 1 А: пик ≈ 190 В.
После установки R9 и C8 (по 20 Ом и 2,2 нФ) пик напряжения снижается:
- Пустая нагрузка: ≈ 42 В
- Нагрузка 1 А: ≈ 81 В
Всплеск напряжения при запуске (пустая нагрузка)
Вход 60 В, выход 24 В, пульсация от 0 до 24 В за ≈ 7 мс.
Тепловое изображение
При пустой нагрузке:
Максимальная температура — на резисторе запуска, ≈ 60 °C (окружающая температура 25 °C), MOSFET ≈ 48 °C.
При нагрузке 3 А:
Температура MOSFET и резистора в цепи RCD — выше 88 °C (окружающая 26 °C), второй диод ≈ 60 °C.
Внимание: при полной нагрузке температура высока. Для постоянной работы при полной нагрузке рекомендуется установить радиатор или герметичную обработку для теплоотдачи.
Ссылки на покупку компонентов
---- Образцы резисторов и конденсаторов:https://s.click.taobao.com/ngH2RGq\n- PQ трансформатор магнитный сердечник и каркас:https://s.click.taobao.com/EJtb04q\n- Чип UCC24612-1:https://s.click.taobao.com/K1gEQGq\n- TL431 источник опорного напряжения:https://s.click.taobao.com/DPxnz3q\n- UU10.5 общий модуль индуктивности:https://s.click.taobao.com/D1t1z3q\n- 5D-11 термистор:https://s.click.taobao.com/IsOry3q\n- Конденсаторы безопасности X2: https://s.click.taobao.com/vBeCPGq%0D%0A- Конденсаторы безопасности Y: https://s.click.taobao.com/sas5PGq\n\nРекомендуется покупать компоненты на LCSC: https://activity.szlcsc.com/invite/D03E5B9CEAAE70A4.html\n\nВ заказе на LCSC можно импортировать список компонентов из BOM в корзину покупок одним нажатием.\n\n—\n\n## Схема\n\n
\n\n—\n\n## Платы\n\nВерхний слой\n\n\n\nНижний слой\n\n\n\n—\n\n## Ссылки для загрузки документации\n\nНиже приведены ссылки на такие документы, как файлы проекта в LCSC EDA, PDF-схемы, файлы для изготовления плат Gerber, программа для проектирования источников питания SMPSKit, расчётная таблица для трансформатора обратной связи (Mathcad), silk-screen, спецификация на трансформатор, даташиты на чипы, модель для PSIM, код для построения BODE-диаграммы в Matlab, а также другая справочная документация (часть собрана из интернета).\n\n- 123云盘: https://www.123684.com/s/2Y9Djv-2hTdH\n-百度网盘: https://pan.baidu.com/s/1767xJthTFWQbxgeZQXM_Hg?pwd=9527 Код для извлечения: 9527 \n\nЕсли вам помогло, пожалуйста, поддержите меня, переводя ссылку на 123云盘 или, если это статья в WeChat (公众号: zeruns-gzh), нажав кнопку "Нравится". Спасибо.\n\n—\n\n## Рекомендуемые проекты с открытым исходным кодом\n\n- **Сделал трехфазный прибор для измерения электричества дома с открытым исходным кодом: **https://blog.zeruns.com/archives/771.html\n- **На базе STM32: цифровой источник питания с синхронным выпрямлением с открытым исходным кодом, проект для конкурса: **https://blog.zeruns.com/archives/791.html\n- LM25118 автоматический регулируемый преобразователь напряжения с синхронным выпрямлением с открытым исходным кодом: https://blog.zeruns.com/archives/727.html\n- **На базе CH32V307: открытый проект цифрового нагрузочного устройства с встроенным конкурсом: **https://blog.zeruns.com/archives/785.html\n- EG1151 модуль высокомощного преобразователя с открытым исходным кодом (поддерживает PD быстрого зарядки TypeC): https://blog.zeruns.com/archives/794.html\n- **Открытый проект настольного зарядного устройства на 205 Вт с PD3.1: **https://blog.zeruns.com/archives/801.html\n- **Открытый проект расширительной станции TypeC с четырьмя портами USB 3.0, сетевым портом и кардридером: **https://blog.zeruns.com/archives/868.html\n\n—\n\n## Рекомендуемая литература\n\n- **Выгодные и недорогие VPS/облачные серверы: **https://blog.zeruns.com/archives/383.html\n- Инструкция по запуску сервера Minecraft: https://blog.zeruns.com/tag/mc/\n- Руководство по созданию интернет-магазина на WordPress: https://blog.zeruns.com/archives/889.html\n- Разбор и анализ фотоаппарата ZGRL-80, схема и анализ: https://blog.zeruns.com/archives/882.html\n- Обзор и разбор ноутбука Mechanical Revolution Code10AI (Ultra7-255H): https://blog.zeruns.com/archives/895.html\n- Обзор и разбор маршрутизатора GL-RM1PE, позволяющего普通ному компьютеру управлять функцией BMC: https://blog.zeruns.com/archives/900.html\n\nАнглийская версия статьи: https://blog.zeruns.top/archives/74.html
