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[参考译文] 直流/直流转换器12v 转48v。 大功率。

Guru**** 2386620 points
Other Parts Discussed in Thread: LM51561, UC3843, LM5122
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/1106775/dc-dc-converter-12v-to-48v-high-power

主题中讨论的其他器件:LM51561UC3843LM5122

我需要一个12-14V 至45-50V 电池转换器。

转换器应将最小45V 调整为最大50V。 功率不低于100瓦。 低电压纹波。 为此、请告知芯片和电路。

我想从该单元馈送一个非常高质量的低频放大器。

谢谢!

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    您好 Gennadiy、

    我需要更多的信息来完善这项建议。  不小于100W 的功率是模糊的。  您确切需要什么纹波电压?  您需要什么工作温度范围-消费类产品、工业产品或汽车产品?

    任何开关的输出纹波始终可以通过第二级 LC 型滤波器来降低。

    根据您今天提供的有限信息、我将介绍UCCx808A-xUCCx808x  推挽 系列

    此致、

    Eric

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    我有一个高保真低频晶体管放大器电路。 其 RMS = 65W、电源电压为50V。 但峰值功率可能会高得多。 我无法确切地知道峰值功率是多少。 因此,我希望有一个额外的备用电源。

     该器件的主电源由12-14V 电池供电。

    消费者/汽车的工作温度范围。 AB 类放大器会产生大量热量。 在考虑温度机制时必须考虑到这一点。 我还想避免使用变压器。 如果可能的话。

    我不知道多少英语。 如果我无法解释、请再次询问。

    谢谢!

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    好的。  避免使用变压器是一项重要的要求。  我认为升压拓扑对您的应用更有意义。

    我使用了 TI 的在线 WEBENCH 设计器、其要求如下:

    VIN = 8V 至18V (汽车更现实)、Vout = 48V、Iout = 2A (96W)。

    WEBENCH 基于LM51561-Q1控制器生成了一个设计。  PDF 报告附于下文。

    e2e.ti.com/.../48Vo_2C00_-2A-Boost.pdf

    该报告包含很多详细信息: 原理图、BOM、运行条件、效率等

    我希望这是一个良好的起点。

    此致、

    Eric

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    我对我对英语的知识不好事先表示歉意。

    遗憾的是、目前没有销售 LM51561芯片。

    有一个 UC3843芯片。 商店还提供各种电感的扼流圈。 我找到了几个电路、但我对它们的参数不满意。 我不明白输出电压取决于什么。 我也找不到 UC3843的工作频率。 最大值是多少?

    我的电池就像汽车电池。 我希望直流/直流转换器能够在10-15V 的输入电压范围内工作。 输出电压调节范围为45-55V。 最大电流高达3A。 请帮助我选择电路。 或者告诉我可以使用的其他芯片。 我将检查他们在商店中的可用性。

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    您好 Gennadiy、

    UC3843UC3843A 可以为您服务。  它们具有8.4V/7.6V 的输入电压 UVLO 启动/停止阈值。

    输出电压取决于从 Vout 到 FB 引脚的反馈电阻分压器:

    大多数数据表的第一页显示了最大开关频率:

    TI 拥有一款出色的电源设计工具、即功率级设计器。  此工具可分析电源组件要求、并可用于多种不同的拓扑。  您应该观看培训视频。  选择 BOOST 并输入您的输入电压、输出电压和输出电流规格。

    此致、

    Eric

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    谢谢!

    我想知道 UC2843AN 芯片是否合适? 除使用温度外、我在数据表中没有发现任何差异。

    是否可以使用最大频率。 像450MHz? 还是最好使用250MHz 以实现更稳定的运行?

    我找不到 FB 输入和电阻分压器的乘法因子公式。 请告诉她。

    很抱歉我的英语不好。

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    我应该使用常规二极管还是肖特基二极管?

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    您好 Gennadiy、

    UC2843AN 是同一个控制器、只是温度额定值更高。

    通常、客户使用中等频率、如200kHz (而非 MHz)。

    对于任何稳压器、反馈电阻器(RFB1和 RFB2)的比率取决于 Vout 和 VFB:

    此致、

    Eric

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    您好 Gennadiy、

    对于升压二极管、肖特基二极管将是最佳选择、因为它具有最低的正向压降并消耗最少的热量。

    但是、升压二极管的额定电压必须至少为 Vout_max (在您的情况下为55V)。  可能很难找到额定值如此高的肖特基二极管。

    此致、

    Eric

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    您好!

    我使用功率级设计器在典型工作条件下计算升压二极管、FET 和电感器中的 RMS 电流。

    以下数据将帮助您选择组件。

    二极管:

    MOSFET:

    电感器:

    您应该下载并使用 Power Stage Designer。

    此致、

    Eric

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    下午好。 谢谢!

    我尝试将细节与电路相匹配。 遗憾的是、我不知道如何找到我用红色圈出的器件值。

    而且、我很紧张地为图上已经存在的细节选择了错误的参数。 我以前从未组装过功率器件、也从未处理过电感器。 由于该电路具有巨大的纹波、我想放入滤波器。 电感 L2的额定电流是多少?

    这里是电感 L1 - www.mouser.bg/.../VER2923-223KL

    这是晶体管- lcsc.com/.../MOSFETs_Infineon-Technologies-IRF3710PBF_C2562.html

    这是二极管 - https://lcsc.com/product-detail/Super-Barrier-Rectifier-SBR_Diodes-Incorporated-SBR20100CT_C507838.html   这个二极管似乎适合参数。 但它们位于主体2中。 我应该如何处理我的自由腿? 不能在任何地方连接?

    电容器-  lcsc.com/.../Aluminum-Electrolytic-Capacitors-Leaded_Nichicon-UPW2A471MHD_C433298.html

    电阻器0.125W。

    是否需要将器件的任何部件放置在散热器上?

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    次级电感器(L2)的额定电流约为3A。  在该位置不需要15A 电流。

    并联两个二极管。

    您的输入电压相对较低。  对于 VCC 的 R/C 值、I 将以1或2欧姆开始、1uF 至2.2uF。

    计算补偿组件(FB 到 COMP)是升压稳压器面临的挑战之一。  以下是 TI 的一份应用手册、它可能会有所帮助:  https://www.ti.com/lit/an/slva636/slva636.pdf?ts=1654802983383&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F

    网上还有很多关于升压补偿的文章。

    我确定二极管需要位于散热器上。  MOSFET 可能也应该有散热器。

    此致、

    Eric

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    因此、如果您最终找到一些 LM5122控制器、您可以从 TI 复制此参考设计。  以下链接显示了测试结果、原理图、BOM、布局文件、光绘文件、 等等

    https://www.ti.com/tool/PMP21274

    这是同步升压(无二极管)。  它可以显著降低损耗并实现更高的效率。

    Eric

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    你好。 遗憾的是、现在无法购买 LM5122芯片。 有几件事没有帮助。 我们预计该器件每月销售20-30件。 因此、我们需要那些始终库存的器件。

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    请检查我的原理图。 我是否正确选择了所有组件?

    电阻器 R5应使用什么功率? 5瓦还是10瓦?

    是否需要在 L2和 C7-C11上重复输出滤波器以减少纹波? 还是只需向现有滤波器添加4个电容器? 这是用于高端低频放大器的电源、我需要最小的纹波。

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    我用于滤波器的470uF 电容器具有这些特性

    ESR 76mΩ@100kHz 和纹波电流1.31A@100kHz

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    我从中国订购 PCB。 因此,如果我犯了错误,我便要等一个月才解决问题。 我很担心。

    很抱歉英语不好。

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    您好 Gennadiy、

    R5将传导与 MOSFET 相同的电流。  因此、可以使用~(13Arms)**2 x 0.1欧姆 x MaxDutyCycle 来计算功率。  我认为3W 应该足够了。  如果您想保守起见、可以选择并联两个3W 电阻器、但只填充一个。

    最好选择次级输出滤波器以降低高频噪声、尤其是在您的应用中。  您可能不需要滤波器、但最好将其包含在 PCB 布局中。  我认为4个470uF + 1个470uF 就足够了。  可能在 L1的每一侧放置2个470uF (共4个)。

    470uF 电解电容器的规格看起来相对较好。  然而、为了解决极高频噪声(MHz 区域)问题、最好也包含一些陶瓷电容器。  C5 (输入)和 C9 (输出)以及 C7/C8 (输出#2)应该并联一些陶瓷电容。  陶瓷电容器应尽可能靠近控制器放置、这一点很重要。  请参阅下面的 PCB 布局建议。

    对于 R5、0.1欧姆电阻是否足够低?  电流限值将在1V/0.1欧姆= 10A 时出现、该电阻值太低。  峰值电流可以至少为13A 或更高。  R5的值应该被减少到少于75 Mohms。  可能从~50 Mohms 开始。

    您需要在 R5和 Isense 引脚之间包含一个 RC 低通滤波器、以消除电流(开关)尖峰。  我将从1k 和100pF 开始。

    此外、对于占空比高于50%的峰值电流模式控制、您必须具有一个"斜率补偿"电路。  如果没有斜率补偿、则电流模式控制在占空比大于50%时不稳定。  我们通常使用 NPN 晶体管作为发射极跟随器来缓冲 RT/CT 电压、并将其交流耦合到 Isense 引脚。  下面是斜率补偿和电流感应滤波应的样子:

    最后、误差放大器补偿电路不完全正确。  R13应更改为电容器(大约100pF)、以形成增益的高频滚降。

    最后一个注意事项。  PCB 布局是构建任何开关模式稳压器的重要组成部分。  以下应用手册讨论了升压稳压器布局的重要方面。  请注意最大限度地减小输入和输出电容器周围的环路。

    https://www.ti.com/lit/an/slva773/slva773.pdf?ts=1654869304360&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F

    此致、

    Eric

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    您好、Gennadiy、

    我在功率级设计器中输入了您的规格、并使用环路计算器来获得更好的补偿值。

    请注意、我使用了50m Ω 感应电阻器(Rs)、2个470uF 电解电容(940uF)以及5个10uF 陶瓷(50uF)输出电容。

    根据此分析、您应从 R6=250k (目前为6.81k)、C3=15nF (目前为1nF)和 R13=100pF (目前显示100k)开始。

    在10Vin 和3A 负载下、交叉频率将为0.47kHz、相位裕度为85度。  增益裕度将为15.4dB。  这是一个非常稳定的工作点。

    此致、

    Eric

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    Eric、非常感谢!

    我尝试修复所有错误。 但我不确定我是否正确连接了晶体管。

    有关 R12的问题。 是否可以用249K 替换250K? 还是最好添加另一个1K 串联电阻器? 现在250K 很难购买。

    该电路的近似纹波是多少? µH 您 µF 添加一个15 μ H 电感和一个常规的4700 μ F 电容器?

     再次感谢!

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    您好 Gennadiy、

    可以对 R12使用249k。

    我想您可以删除 C10和 C11。  C7和 C8 (2个470uF)应该足够。

    同样、C5很大(470uF)。  为了节省一些成本和 PCB 面积、我认为22uF 或47uF 就足够了。

    第二个滤波器之后的输出电压纹波应该非常低; 几十 mV。

    此致、

    Eric

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    Eric、我恐怕不懂英语。

    打扰一下。 我想再问一次。 如果我同时移除 L3和 C5、输出电压纹波可能为10mV? 我明白了吗?

    是否最好将电源和低频放大器放置在尽可能靠近的位置(理想情况下位于同一 PCB 上)、还是最好将它们放置在器件的不同端?

    我还需要为电容式麦克风(48V)供电。 我是否需要为此再制造一个这样的装置、或者能否通过一个电源为麦克风和低频放大器供电? 电容式麦克风前置放大器板位于距离电源约30cm 的位置。

    非常感谢您的帮助、Eric!

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    您应该删除 L3和 C5。

    PWM 开关将产生一些噪声。  从物理上将其与其他敏感组件分离是一个好主意。  确保每个下游器件(放大器和麦克风)都有足够的旁路电容器。

    如果您对成本不敏感、那么拥有两个电源单元似乎是合理的。  您可能可以配置两个独立的电源设备、但只需安装一个。

    还有两件事。  每当开关出现噪声问题时、我们都会执行两项操作。  1) 在输出引脚和 MOSFET 的栅极之间添加一个电阻器(包括1206尺寸电阻器的配置、但以0欧姆开始)、2)在 SW 节点与接地之间添加一个 R/C 缓冲器。  以下白皮书讨论了升压噪声。  有关 RC 缓冲器的放置和计算、请参阅第2.4节。

    https://www.ti.com/lit/an/slva790a/slva790a.pdf?ts=1655142562228&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F

    Eric

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    Eric、感谢您的建议。

    来自 SW 节点的 R / C 缓冲器、我没有添加到方案中。 我已经了解到无法计算。 有必要测量工作电源上的必要数据。 也许我误解了吗?

    我现在已经组装了电路板。 请看一下。 也许我犯了错误?

    印刷电路板为四层。 这里是它的特性。

    尺寸:95.5mm x 81.03mm

    信号层:4.

    部件:50.

    地点:106

    表面垫:71.

    镀通孔:35

    通过非电镀孔:0

    孔:8.

    过孔:20

    链条:17/19

    履带长度:1120.35mm

    铜面积:2.

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    即使无法计算缓冲器、您也应该包含 RC 缓冲器选项、以防您需要它们。

    我在许多地方看到了一个通路。  如果您要连接到接地端或 Vin、则每个连接点应有3个或4个过孔。

    如布局指南所示、确保 Vin 和 Vout 环路较小。

    此致、

    Eric

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    Eric、谢谢!

    我也曾想过,有必要为 RC 环节腾出一些地方。

    我想问。 也许可以设置一些通用的 R 和 C 值? 让该 RC 链不是理想的、而是优于无。

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    也许我不能理解您、因为翻译困难。 这是我第一次尝试制作四层板。 请看一下、您的意思是什么?

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    最好使用顶层的路径对地球进行分段。 还是所有连接到接地端的元件都要通过通孔进行连接?

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    我使 Vin 尽可能短、并将其放置在电路板的顶部。 Vout 使铜面积成为第二层。

    输出电压看起来是这样的。 这是对的吗?

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    是的、多个过孔看起来不错。

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    谢谢!

    RC 值的情况。 是否可以安装一些标准版本? 还是需要保留空位?

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    您可以从220pF (100V)和220欧姆开始。  确保电阻器的尺寸为1206或更大、因为它将消耗低/中等功率。

    Eric

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    非常感谢!

    最后一个问题。

    最好通过通向顶层的路径将地球分散?  还是应该通过过孔连接所有接地元件?

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    使用接地平面是最简单的布局。  如果您放置陶瓷输入和输出电容器以最大程度地减小环路、则应该是好的。

    Eric

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    恐怕我会误解英语。 因此、如果您不太困难、请再次澄清。 正确。 像第一张图片或第二张图片中的一样?

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    您好 Gennadiy、

    对于陶瓷电容器(用于过滤高频)、最好在电容器上放置通孔。  将过孔放置在电容器上可最大限度地减小布线电感、并使陶瓷电容器在高频下具有最佳性能。

    至于接地、我发现升压稳压器的 PCB 布线有一个很好的参考。  在以下文章中、请注意它们在放置电源组件时如何最大限度地减小输入和输出电源环路、以及如何为控制组件使用专用信号接地。  专用信号接地可防止电源接地耦合到控制装置中。  这是适用于任何开关稳压器的良好标准过程。

    https://www.powerelectronicsnews.com/the-dc-dc-boost-converter-part-3-power-supply-design-tutorial-section-5-3/

    此致、

    Eric

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    Eric、感谢您的链接! 我考虑了很多。 但我不理解如何最大限度地减小该面积。  散热器 会产生干扰。 也许您可以在一个散热器上放置一个二极管和一个晶体管这可以解决问题。

    也许您应该立即将电阻器 R6放置一个最小值吗? 现在 R6=0

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    当您执行位置和路线时、请尽力使环路变得较小。  不要将二极管或 MOSFET 彼此放置得太远。  如果可能、将 MOSFET 的源极连接到1层 Cout 的低侧、然后连接到接地端。  不要在该环路中使用过孔。

    您可以从 R6=0开始、并在 PCB 到达时增大该值。

    此主题已有2周历史、尚未关闭。  如果您需要进一步的帮助、请考虑单击 Resolved (已解决)并打开一个新主题。

    谢谢、

    Eric

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    Eric、好的。 我将再次尝试并关闭该主题。 是否可以在同一散热器上放置二极管和晶体管?这是不是一个好主意?

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    如果散热器能够散发所有热量并使二极管和 FET 保持冷却、这也不是一个坏主意。  二极管通常是较热的组件之一、因此我更愿意在自己的散热器上看到它。

    Eric

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    很好。 我知道。

    再次感谢!