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无法割舍的开关电源

无法割舍的开关电源

 

                             王佰营

 

                      wbymcs51.blog.bokee.net

   自2000年起,我就有个心愿,要为我设计的单片机控制系统配上自己设计的开关电源;一转眼9年过去了,终于如愿以偿!但是,近三年开关电源的学习、探索和实践,日日夜夜与开关电源的亲密接触,已使我无法从开关电源之中自拔,无法割舍……

 

   记得最初是用555时基集成电路制作了一个非隔离的DC-DC转换,接下来用MC34063集成电路做了一个隔离式DC-DC转换;只能用“制作”一词根本谈不上“设计”,变压器是一遍一遍试出来的,为了确定匝数至少要绕五六十遍,渐渐懂得了理论的重要性,就开始进入系统的学习……

 

   可能是从小养成的习惯,什么事情都想知其然更想知其所以然,于是就买了开关电源方面的书,可看起来有点吃力。决定从最基本开始---大学物理---电磁学开始学起,慢慢对磁的产生、本质、属性和规律有所了解;进而系统学习开关电源方面的理论,很快理论知识了解了,觉得开关电源原来不过如此,可以大干一场了。

 

   实际一干才感到,老虎吃天无法下口:

      选择什么电路形式?

选什么磁材、磁型和尺寸?

开关频率选多高?

如何计算占空比、初级匝数、初级电感量和气隙大小?

什么样的波形是正常的?

以上各参数之间有什么关系?

……

 

   面对这些问题,我头大了,陷入了迷惘之中……

 

   开始上网查别人如何设计,按一些知名公司的IC文档中的步骤一步一步设计,设计好了变压器,让专业绕变压器的厂家绕好,焊接,试验,能工作!真是欣喜若狂,高兴之后发现有不少问题:

 

开关管击穿?开关管发烫?磁芯发烫?带负载能力差?线性差?波形不好?

再改进……

再绕……

再试……

 

刚开始调试时,不到一个小时可能会损坏6、7个开关管,一坏就是一大片;调到后来,只坏两个元件,并且每次都只能坏这两个元件;类似的还有开关管发烫或者磁芯发烫等等;仅仅是这种情况反倒是好事,只要找到问题,即刻手到病除!到后来,怎么折腾也不坏开关管了:输出短路,输出开路,光耦去掉,直流电压升到750V,直流电压降到200V,模拟高温……最让感到吃惊的是,X开关管质量太好了,管脚上的焊锡被它自己放出的热量融化了,还能正常工作!最让我头痛的是---性能优化,这次和上次有何改观?真难判断!从7:30不知不觉就到17点多,一坐就是一天,还无结果;有时试了一个礼拜还得全部推翻,回复到以前的设计;如此反反复复,还不知道是进步还是倒退,常常不知道如何改,向那个方向改……

 

在开关电源的整个调试过程中,始终要遵循“一停、二看、三想、四干”这个原则,不可盲目乱动;当损坏难免时,要让每一次损失都要给你有所提示;仔细地观察,深入地思考,慎重地采取每个“行动”,才可有所突破。这个时候,倍加感到理论的价值!

 

……,终于能正常工作了!但稳定性不好?

稳定性真不好调节!无奈,又要复习自动控制理论,什么稳定判据?相位裕量?等等……又学了一阵子,掌握了稳定性知识,用理论指导调节,很快稳定性问题解决了!

 

开关变压器的设计问题突破之后,我一直再想:

开关电源的能量是如何转换和传输的?

磁场能到底存在哪里?它有什么特点?和电场能有什么区别?

占空比的本质是什么?它的深层代表了什么?它和其他参数有什么关系?

电感的本质又是什么?它和介质、匝数和气隙有什么关系?和变压器有何区别?

励磁电流的本质是什么?有何作用?和储能有何关系?

气隙到底选多少合适?它有什么作用?

功率与频率、磁芯截面积和气隙有何关系?

这些参数(Pin,Pout,Uin,Uout,Ip,D,f,Lp,△B,Ae,Ve,lc,lg,Np,μ……)之间是如何相互影响的?

……

 

这些问题时时萦绕在我的脑海里,在单位,在上下班的路上,在家里,甚至在梦里……一直都在考虑,这些问题相伴我两年有余,就在今年(08年)的国庆假中终于都解决了!

 

最让我意外的是许多问题最终都归结到对基本概念和基础知识的理解上:如电容两端电压不能突变,磁的本质和特性及磁能的特点是什么,磁场强度和磁感应强度的定义和区别是什么,磁链是什么,电感是什么、如何定义、有什么特性,电感中电流的斜率如何确定,磁介质的影响机理是什么,法拉第电磁感应定律和安培环路定律又是什么等等;一句话:开关电源的设计实质上就是对磁及磁性元件的深入理解和对磁场的恰当“引导”。就像人们对水能的利用一样,引导利用得好,才可让水得当地通过水轮机而发出电,造福人们。

 

另外,我也感到了开关电源的神奇---各个参数相互影响,相互作用,那关系太微妙了!改一个参数可能要动全部参数,真是“牵一发而动全身”!这样设计也行,那样设计也可以,你总无法找到或者判断那个是最好的!让你无法抉择!在艰难的选择中,你会看到开关电源的难以琢磨,在这难以琢磨中看到了她的魅力,你会更加珍视她!更加为她所痴迷!

 

气隙与开关频率的关系---是我解决的最后一个困惑!我,太激动了!太高兴了!真想找人分享我的快乐,因为每当解决问题时都是无人打扰的时候,当时我一人半躺在床上静静的思考。

 

为了解决这些问题,我买了现在能找到的我自己觉得所有权威的或者有个性的开关电源方面的书。为了能清楚一个问题我常常不计代价,记得十年前为了解决X25045一个编程问题我跑遍了西安几乎我知道的所有书店;今天,为了一个反激式开关电源的设计和理解,也付出了很大的代价(历时三年、看书二十多册、作笔记与领悟十三本和试绕变压器一百二十多个),但了却我多年的心愿!通过三年集中精力学习单端反激式开关电源,每一个细节都去认真考虑,达到最终的恍然大悟;有了单端反激式开关电源的扎实基础后,看其他方式的开关电源也比较容易了。甚至对电机拖动中的变压器、异步电机有更深的理解,同时也对一些基本概念更加清楚,如:正方向、关联参考方向、发电机惯例、电动机惯例、同名端、无功功率、相位和励磁等等。毕竟它们有共同的部分---磁性材料,知识就是这样相通的!这些对进一步理解变频器的相关算法也是很有裨益的。这只是一个新的起点,当我已掌握的知识如圆的面积一样扩大时,和这个圆相接触的外面未知的东西同样也在扩大,还有更多的精彩需要我们去发现……

 

   由于近三年的苦苦追求和探索,每日的惦记和思索,我的生活中已离不开了开关电源,开关电源已成为我生活的一部分。每日都不由自主地随手拿起一本开关电源的书看看,每日都不自觉地将开关电源通上电看一看;它就像一块巨大的磁石,时刻都影响着我的生活轨迹;又象自己的孩子一样,每天都想看一眼……

 

 

单端自激式(RCC)反激开关电源的简单调试

自激式单管反激开关电源的特点

关于单端自激式(RCC)反激开关电源的设计请点击:

ST公司自激式开关电源设计一

ST公司自激式开关电源设计二

ST公司自激式开关电源设计三

 单端反激式开关电源磁芯尺寸和类型的选择

反激式开关电源设计的思考六

反激式开关电源设计的思考五

反激式开关电源设计的思考四

反激式开关电源设计的思考三(磁芯的选取)

反激式开关电源设计的思考二

反激式开关电源设计的思考一

  单端自激式反激开关电源的间歇振荡

 

关于单端自激式(RCC)反激开关电源的简单调试请点击:
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评论 (18条) 发表评论

  • 曾先生 (游客) : 谢谢王老师,您的经验是用钱都买不到的财富

    2011-03-22 18:15

  • kevin (游客) : 寫的真是太好了,想到了自己

    2010-06-21 16:21

  • HOSION (游客) : 写的太好了。收藏了。 非常感谢分享!

    2010-05-20 12:43

  • 闫龙
    闫龙 : 我上网很少发言,今天一定要顶一下:搞设计不容易,多少人又能理解

    2010-05-04 09:41

  • 白菜 (游客) : 收藏了,谢谢王老师的无私奉献 白菜

    2010-03-22 10:09

  • 王龙
    王龙 : 王老师,受教了!谢谢!

    2010-01-20 21:24

  • wangchengxiao780 (游客) : 写得非常 好。收好。

    2009-08-18 21:11

  • denny (游客) (游客) : 谢谢王老师的无私奉献

    2009-07-24 16:55

  • denny (游客) : 收藏了 谢谢王老师。

    2009-07-24 16:54

  • wby
    wby : 谢谢!也祝您和家人端午节快乐!希望多联系.

    2009-05-28 05:26

  • 标标 (游客) : 王老师,很佩服您的专研精神,我自己也觉得兴趣和爱好在一个人做事的过程中发挥的作用是相当巨大的,我现在做开关电源已经快一年了,感觉自己进步还不够理想,有时也和您曾经那样很迷茫,也许是因为我把读高中时那种“不搞清楚觉都睡不好”的精神给丢了,真希望我能把它找回来。最后提前祝您和家人端午节快乐!

    2009-05-26 23:30

  • 区松健
    区松健 : 王老师,看了你这文章,对你对爱好技术的追求我感到很激动,也很敬沛,回想在高中时,对电子技术爱好,达到痴谜,到现在在事业上也从事了这个职业,很想认识你向你学习做开关电源,能够和你做朋友就更好

    2009-05-09 02:23

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