自制200w 20A大功率升压模块（开源）过程

旬幕君

前段时间看到一个99.2%效率的降压模块

看完我大受震撼，于是我分析了一下
首先这个用了toll封装的mos管，内阻是很低的，只有不到2mΩ，而且封装大，过流和散热能力也强
但是大封装低内阻的mos寄生电容大，开关时间长，开关损耗会加大，为了解决开通时间的问题，他外挂了9A/9A的驱动芯片（eg1164自带的是1.8/2）
（eg的驱动能力还是太弱了）
然后电感用的CODACA的CPER3231-101MC，是100uH 25A的屏蔽电感，内阻9mΩ，效率高
最后是开关频率，48khz的开关频率能减少死区和开关mos时间的占比，提高效率
综上，我们已经分析完了效率高的要点，下面就是开灶了
先简单搓个电路原理图（以下内容都会整理开源，耐心等待）


ldo用来供电，但是其实供电就是12v，所以没用上，直接短接了
驱动用的UCC27322DR，和上面是一样的
和整流管并联的肖特基最后没用，因为测了效率，其实没什么区别
自举电容用了两个10u的，用来保证芯片供电稳定
反馈说是Ⅲ型其实把积分电容去掉了，因为不会调（
所以最后只有两个极点
最后反馈环路的结果个人感觉非常一般，但是实在不会调了，坐等大佬来带.jpg
输出用了一个共模电感和一个电容进行滤波，来降低纹波
电感用的最普通的铁硅铝电感68uH 20A，原来那个项目里面的屏蔽电感太贵了
输出电容用的两个1mF的固态电容，提高效率
然后搓个pcb

简单画一下，用的4层板加强散热（当然最后实测两层完全够了，mos凉快的可怕）
然后是漫长的等板子和焊接（直接跳过）
下面是成品和效率

旬幕君

花了一点时间把效率测了出来
由于我手上所有的仪器全都是没有校准过的，所以仅图一乐


整个过程中，板端效率基本都在95附近，去掉输出的共模电感损耗的话，效率能到96.5
如果连静态功耗都不计入的话，纯升压部分的效率有98%

其实选的共模电感稍微小了一点，用的是5mH 10A 18mΩ的，损耗太大了（整个板子上面就这玩意烫），用15A的可能会好很多
mos可以说是完全不热，跑了10分钟，mos温度撑死50，摸上去是温温的（楼主热成像丢了，给楼主众筹热成像 0/114514）
然后就是电感比较热，毕竟这玩意也有11mΩ的内阻
电容的温度也还好，毕竟低esr的固态电容两个并联
长时间跑下来，个人体感：共模电感90度，电容60度，电感60度，mos45度

旬幕君

下面是重头戏：驱动，环路和纹波
先来看mos驱动

这个驱动波形可以说是相当漂亮了，。对于一个mos的Ciss有整整12500pf的超级怪物来说，这个波形已经是相当相当好了，上升75，下降51ns，甚至比一些普通的mos都要好，而且驱动没有震荡，米勒平台等等东西，总体相当满意
下面是纹波，示波器交流100mv挡位，带宽限制开，测得以下波形

看上去Vpp只有120mv，貌似还可以，但是其实仔细看看，这个波的频率是360多hz，而我的开关频率设定的是近100khz，这明显不是开关导致的纹波
那这个输出波动从哪里来的？
答案是反馈环路
由于楼主的电气水平不过关，导致反馈环路的计算完全没法进行，导致环路调的依托，最终就成这个样子了
但是这已经是我尽最大努力的结果了，，，，中途楼主还调出过以下波形

emmmm。。。。怎么说呢，这么一对比的话，前面那个120mv的波动也就还算能接受了。。
实际上共模电感加上电容能把纹波干到20mv以下的Vpp，环路还是太拉跨了，白瞎了共模电感这么努力的滤波（不是
事实上，如果没有加共模电感，输出基本是完全不可用的

可以看到，在共模电感的前端（黄色波形），Vpp已经干到3.04v去了，所以共模电感还是相当有必要的
然后是动态响应，如下图

简单来说就是依托，超大的回勾和震荡，可以说是把这个电路的环路缺陷体现得淋漓尽致
虽然负载变化频率高之后看起来还行，但是那完全只是电容容量大的结果，只要让系统响应完全一个周期，立马就会原形毕露
项目总结：效率达到甚至超出预期，纹波表现良好，环路就是垃圾
那么要什么时候去学着优化环路呢
求大佬带（√）
咕咕咕（√）
_(:3 ⌒ﾞ)_

旬幕君

xueyunmichen 发表于 2025-1-11 17:16
环路确实难调 ！但是你这信号地和功率地没分开，全部一起铺铜了， 或许对环路稳定也有一定影响！ ...

可能确实有没分地的影响，下次可以试试

旬幕君

闻太师 发表于 2025-1-14 15:16
电路图有点模糊不清

上面那个电路图是有点糊，补一个

旬幕君

yhky 发表于 2025-1-17 23:33
个人建议把C16改100pF，R3改10k，在芯片ERRO到FB之间增加积分电容100pF，看看环路的表现
提示：以上参数为 ...

确实，在高功率段这么搞，环路好非常多，但是在低功率段表现就差点
下面第一张是空载，第二张是4A输出，第三张是8A输出
在输出6.3a时，环路基本稳定，在6.3a以下，换路比较差

旬幕君

目前已经开源，开源链接在这里https://oshwhub.com/xunmujun/eg1164-tai-gong-shuai-sheng-ya

旬幕君

yhky 发表于 2025-1-19 10:20
这3个元件参数再调整一下，建议先取掉积分电容，调好C16和R3再继续，如果实在搞不动，可以按25楼的办法排 ...

感谢，调好了
把C7换成了100n，R3换成了10k，加了100p的积分电容，前馈电容换成了100p
现在波动已经非常小了，动态响应也没有震荡了，就是动态响应稍微慢了一点，之前是vpp2v，现在有4v了
但是总体是改善非常显著的
太感谢了

旬幕君

纯今 发表于 2025-1-26 13:22
我阅读了全文，总结了脑图

我就在想，采用MCU+DAC，采用算法PID

控制可以更好一点，那这种低频率的抖动会更少，不过只要把反馈环路调好了也一样的，但是mcu方案的复杂和成本就高太多了

旬幕君

纯今 发表于 2025-1-26 13:29
下图这种淘宝拼多多上的通路货升压模块，号称250瓦最大功率

楼主知道这是什么方案吗？

异步的，不是同步的，我手上好几块，但是异步方案没啥研究价值，需要的话我明天把上面东西焊下来看看