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PFC+LLC结构SK-Charger-7510共享换电柜电源跑图并试验跳过程序控制强制启动成功

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发表于 2024-6-18 21:45:12 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 微醉 于 2024-6-18 21:45 编辑

       手头一个7510的共享换电柜充电器,最大功率500W,是单片机由485通讯口控制的,没有上位机无法启动,插电只有交流输入指示LED亮着,现在好像有能人整出了上位机协议程序,出了改装套件,考虑这种电源都是PFC+LLC结构,效率和输出品质是不错的,但低电压输出时一般都是间隙工作,不适合大范围调节输出电压和电流,觉得改可调电源意义不大,比较适用多串锂电充电使用,本人暂不需要,所以对上位机数控改装并不太上心。扔着又觉得可惜,手头有个DC-DC的数控电源,就想是不是可以绕过协议控制强制启动后级电源部分做个固定的220VAC转60V左右DC的大功率电源,花几天时间跑了一下原理图,算是基本成功了,并利用原电路稳压和保护的模拟采样比较反馈电路进行小范围输出电压可调和限流控制。
跑图辛苦,分享出来有用得着的可以参考。同时,各位大佬有更好的简单改装方案求赐赏或提点一二。
       现在网站老是打开不利落,我尽可能少上图。

       起先基于本人对谐振调频电源的敬而远之,未抱多少成功的期望,所以原电源和拆机没拍照。这里找个基本相同的外形照片供参考,仅输入、输出接口之差。

       下图是改装过后有样子。
       我把输出那边上盖贴有标签的折边部分敲平了,正好对齐底壳,然后加了个透明板在侧面,装电位器时衬了段废LED灯条的铝基板,折个角固定在底壳两边,算是个面板吧(请无视那个裂缝吧,钻孔急了点,亚克力板撑裂了,不想再裁一块了,反正不作外面板用的,到时还是要想办法装到个合适的机壳内的)。

一、先展示一下电源2块PCB板。
       主要芯片我已标在图上,这个图我做得比较大,有需要了解未标注的其他元件可以直接放大后细看。3个主要芯片我搜了一下资料,供参考。
       顶面全貌的照片丢了,看个大概吧,也没啥用。
       为跑图,只能把控制小板焊下来,把控制板的2个变压器也拆了。

      也搜一下辅助电源控制芯片TNY277GN资料。
       单片机我一点不懂就不管了。
二、跑图
       跑这种密集的双面板真有点头大,笨人笨办法,就以底面为基础,把顶面主要走线标上去,然后一点点抄图。之前对PFC和LLC的开关电源一点都不了解,边抄图边学习了一下大概原理,还是整了个似懂非懂。凭着这老花眼整了4、5天总算全部完成,原理图不一定完全准确,但主要部分大差不离了。

       本来程控部分可以不去管它了,但看看也就差那么点了,就一起整完吧,也许有人能用得上。
       上原理图,心血所在。

       图中文字说明是我跑图后学习PFC和LLC的开关电源后的笔记,年纪大了,不落笔不行哪。

       跑完图,觉得这电源也是挺怪的,副电源热端部分放在了小板,但输出和反馈又回到主板,然后副电源3组主要供电(1组15V左右热端辅助供电;2组为11.5V和12.4V的冷端辅助供电)又都在主板,而单片机用的3.3V也在主板完成稳压后转接过去,来回折腾,所以主板和小板之间排针多达30多脚,而且热端、冷端分离度过小。

       原理图各个功能部分区分基本清晰,画完自我表扬一下。主要工作点和关联点实测验证后大多作了标注。本来想分析一下电路原理的,但我这对PFC+LLC开关电源的认知还是别班门弄斧了,让坛内大咖笑话。不过了解这类电源的看标注自然就明白,不了解的人估计分析后也不一定理解。
       这里只强调一下PFC、LLC电路工作电压供电过程:PFC、LLC电路的工作电压是由单片机U1的⑫脚输出高电位→通过光耦OT3→拉低PNP三极管Q2基极电位→使Q2饱和导通→从而使防涌浪冲击电阻RT1的短接继电器RELAY1吸合,同时使PNP三极管Q1饱和导通→13.3V热端辅助电源向L6562和L6599供电。
三、改装
       因为对PFC、LLC开关电源的陌生,不敢上来就通电验证一些改造设想,改装试验前先列明各部分电路工作条件,然后给各个工作点电源加外接辅助电源进行测试。首先证明了没有通讯协议,无论给单片机加什么诱骗都不会启动PFC、LLC电路;然后确认了图上标注的PFC和LLC电路工作条件的正确性;也验证了主电源各芯片的无故障。

       然后我就短接Q2基极电阻与热地,斗胆插电,1秒后听着继电器啪的一声吸合,成功启动了电源,输出电压32V左右小幅晃动,这时测高压滤波电容端电压367.5V(此前待机为305V左右)。说明PFC、LLC电路已工作。
       这下信心大增,就一次性按设想思路把电压控制、限流电路各用一个10K电位器接手单片机相应控制端,借用电流检测放大电路用的基准电压2.5V(U4三端基准电压源431提供)作为调节基准电压源,把充电指示灯和输出继电器控制三极管Q17基准电阻加大后直接接到输出电压端,这样只要输出电压够,LED2就会亮、输出继电器RELAY2就能吸合(后面发现纯属多余,这个继电器触点已烧毁,直接拆了作导线短接了,这么输出电流也能难为它了,烧毁是大概率事件),再把风扇控制直通。再次大胆通电测试,正常启动,电压已能调,由于是PFC+LLC电路,没法用灯泡大法,直接通过“T8”插座看了一下输入功耗情况,待机不到2W,也就是副电源及单片机功耗;强制启动后2.7W左右(风扇不转时);加上风扇近9W,风扇还是很暴力。调高输出电压时空耗小幅上升,当调高到55V左右空耗大幅上升至15W以上。输出最高能调到76V左右,这时空耗已超过20W,分析原因应该是LLC电路偏离谐振较大,失去谐振同步电源的高效优势了,需要进一步提高输入高压电压。
       通过电路分析可发现PFC电路L6562A的①脚为电压设置端,参考基准为2.5V,按电路中PFC输出电压采样上拉电阻为串联的R14~17(4×270K)、下拉电阻为R19(7K32),理论上输出电压值为2.5÷7.32×(7.32+4×270)=371.35V,实测高压367.5V基本对得上,偏差原因也就是电阻误差、基准电压偏差,还有就是我的表的误差。电路中下拉电阻同时通过一个场效应管Q3并联了一个电阻R30(63K4),如果Q3饱和导通,相当于下拉电阻并联阻值为R30×R19÷(R30+R19)=6.56㏀,测算这时的高压输出为2.5÷6.56×(6.56+4×270)=414V。Q3的工作状态由单片机㊸脚通过光耦OT5隔离控制,平时单片机㊸脚输出为高电平,光耦OT5导通,Q3截止,PFC电路输出低挡;可能单片机检测到外接电池高于某一值时会控制Q3导通使PFC输出高挡电压值。当即把Q3短接试了一下,测得高压为410V,证实切换有效。然后试验调整输出电压在56~76V时电源整体空耗已降至5W以内(风扇停转),而低于56V时空耗又将上升,当低于50V时进入间隙工作,空耗再降。
       到此,基本确定PFC输出高压410V适宜输出电压为56~76V,而低于56V输出时PFC电路应切换到高压367.5V的低挡为宜。

       没了单片机的控制,PFC输出电压的切换只能另加输出电压检测比较电路来实现,本来设想了加个双运放检测输出电压比较后进行控制的,运放的另一半就可以改成风扇的温控,后来想着我这也不是为了做可调电源,就是当个固定输出电压的功率电源用的,就偷懒直接把原来的输出电流检测放大器改成了PFC输出电压切换控制电路。如果只是作固定电压电源用,其实这个切换都不用了,只要根据需要的输出电压直接确定PFC工作于高输出还是低输出,手头有示波器又会检测分析LLC谐振电源的高手可能都会自行确定完全谐振时最佳高压,直接选用合适的PFC采样下拉电阻,这样可以使电源工作于最高效率点。
       通过以上测试,我也验证了LLC电源作大范围可调电源是不可取的,除非不在乎进入间隙工作时10多Hz的间隙振荡输出,甚至都成为脉冲输出。也许仅对电池充电来说这并不要紧,所以还是看到有人把输出电压设置偏离谐振点较大的。

       下面是我方便理解,在原理图上进行了改装标示,PFC切换的2种方案都有,用不同色标。
       改动步骤也直接列在主板原理图上,方便需要的参考。风扇的温控我偷懒直接用一个温控开关,手头也没有温敏电阻,所以现在要么不转,要么全速。

       具体改装图中都已详尽标出,不再啰嗦。

       看着貌似改得挺复杂,那是为了验证各个电路的功能。如果只是为了强制启动电源改成固定电压输出,那电位器、PFC切换控制等都不用了,直接按需要的采样阻值更换采样电阻就行,PFC就根据需要高还是低确定是否直接把下拉并联电阻R30接热地就行。当然限流指示LED还是建议大家别省,毕竟看是否过流很直观,而且我这接法也不费事。

       PCB改动我也简单标一下吧。
       控制板改动就一个地方,断开R66、R145,用3.3K电阻将断开后的OT5①脚、CS端对接。
       改完后我是把仅供单片机的3.3V稳压芯片也拆了,居然单片机在我这成了废物,那就不喂食了,也减轻了副电源负担。同时废弃的还通讯电路和通讯电路隔离供电电路,有需要利用这个辅助电源的就不能断开单片机供电,因为这个隔离电源是由单片机U1的㊻脚提供振荡源的,这个电源带载能力应该是不大的,用的5V稳压芯片也是极低功耗的HT7550-1(LOD芯片),但这个电源使用了3级π滤波器,双与热端、冷端双隔离,有特殊需要的可以借用。
       另外加接电压、电流表需要辅助供电的可以直接使用副电源冷端的12V。

       带载情况因为我没有电子负载测试带载情况,就接电炉丝随便测了一下1A-3.5A输出电流的情况(土办法再大电流不敢试了,表笔都有点熔了),电压稳定没问题,过冲也没发现,效率估算了下应该都在92%以上,但失谐过大有时会出现效率急剧下降的可能,所以看到输入功率突然大幅飙升赶紧关断电源,对付PFC+LLC开关电源我还是嫩啊!!!所以现在低压则我在电位器上串了一个电阻,限制调到50V以下,往高里调没问题,因为L6599芯片④脚对地电阻限制了最低振荡频率,当输出电压达到76V多点就不会再上去了,当然电路还有U5、OT2组成的超压保护电路。同时试了一下限流调节,证实改装是可行的。带载测试图就不上了,其实也没拍,设备实在又渣又土,上不了台盘。当然由于电流采样电阻R82仅2mΩ,mA级的限流是不太可能的,我这里表述为“限流”而不是“恒流”也是这个意思,这个电流控制有恒流的意思,但又不能完全达到恒流控制的理想状态,虽然加了电位器实现了可调节,但实际使用还是建议只作大电流限流控制。

       最后要提醒的是,电子电路基本原理都不太明白的最好不要去改电源,这类电源使用了三级隔离电源,除了热端、冷端,还有另一全隔离通路,所以原理图中地端符号使用了多种标示,理不清触电风险老大了。而且板子紧凑,误操作放炮的可能很大。

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发表于 2024-6-18 22:24:20 | 显示全部楼层
目测要加精,刘明

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发表于 2024-6-18 22:35:10 | 显示全部楼层
厉害,牛逼,前排坐等授精

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发表于 2024-6-18 23:23:37 | 显示全部楼层
理论上只要电源管理电路不是数字控制的,那完全可以恢复原来的模拟电路。
即便有MCU存在,它也得把数字信号变成模拟信号。

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发表于 2024-6-19 06:27:27 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
楼主牛掰,前排围观,要是我早就放弃了哈哈

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发表于 2024-6-19 06:44:41 | 显示全部楼层
技术帖,必须的升起!

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发表于 2024-6-19 06:50:36 | 显示全部楼层
这个应该费了不少时间后排支持一下~

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发表于 2024-6-19 08:44:56 | 显示全部楼层
高手出马,一个顶俩!

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 楼主| 发表于 2024-6-19 09:00:07 | 显示全部楼层
2n3055 发表于 2024-6-18 23:23
理论上只要电源管理电路不是数字控制的,那完全可以恢复原来的模拟电路。
即便有MCU存在,它也得把数字信号 ...

是的,只要振荡调制芯片没有集成数控,总能搞成模拟的。只是我这时代倒退的操作实在有点让大佬们看笑话了,没办法,数字电路实在钻不进去啊。
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 楼主| 发表于 2024-6-19 09:02:03 | 显示全部楼层
aacyxjz 发表于 2024-6-19 06:27
楼主牛掰,前排围观,要是我早就放弃了哈哈

其实也是穷折腾,谁我数字电路小白呢。
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 楼主| 发表于 2024-6-19 09:03:12 | 显示全部楼层
北极的冰山 发表于 2024-6-19 06:44
技术帖,必须的升起!

呵呵,坛内我这操作已谈不上技术了,有点返祖。
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 楼主| 发表于 2024-6-19 09:08:02 | 显示全部楼层
qrut 发表于 2024-6-19 06:50
这个应该费了不少时间后排支持一下~

有大佬的支持是我等莫大的荣幸。
主要是跑图费神,不过倒也学习了点主动PFC电路和LLC谐振调频的知识,算是初涉时下流行的这种高效高功率因素开关电源吧。

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 楼主| 发表于 2024-6-19 09:09:35 | 显示全部楼层
aping365 发表于 2024-6-19 08:44
高手出马,一个顶俩!

惭愧,高手实在谈不上。坛内大佬云集,我只是把自己一些粗笨办法拿出来讨教讨教。
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发表于 2024-6-19 09:26:14 | 显示全部楼层
谢谢分享~这个太厉害了

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发表于 2024-6-19 09:35:57 | 显示全部楼层
牛啊老板

改装辛苦,加分奖励!

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 楼主| 发表于 2024-6-19 09:40:23 | 显示全部楼层
kkdkj 发表于 2024-6-19 09:35
牛啊老板

改装辛苦,加分奖励!

改装不辛苦,跑图费劲。谢谢兄弟支持!!!怎么还整出“老板”来啦?实嘟嘟的快退休的打工者。
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发表于 2024-6-19 09:45:53 | 显示全部楼层
微醉 发表于 2024-6-19 09:40
改装不辛苦,跑图费劲。谢谢兄弟支持!!!怎么还整出“老板”来啦?实嘟嘟的快退休的打工者。 ...

跑图是改装的一部分呀叫老板是尊称,不光是公司这样叫,学术界叫导师也叫老板,叫老板的地方很多,这是延伸使用。至于说快退休,估计你没我早,我明年2月15号,你呢?另外,谢我支持就去我帖子也打点分呀

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 楼主| 发表于 2024-6-19 09:58:29 | 显示全部楼层
kkdkj 发表于 2024-6-19 09:45
跑图是改装的一部分呀叫老板是尊称,不光是公司这样叫,学术界叫导师也叫老板,叫老板的地方很多 ...

老兄!我还得几年的。
打分那是必须的,只不过你热门啊,有时看完打分还排不上队,过后时有忘的。今天看还有几十分,赶紧补一点。
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发表于 2024-6-19 10:50:53 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
真正的技术贴,点赞

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发表于 2024-6-19 11:03:36 | 显示全部楼层
楼主钻研精神值得称赞!

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