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自制200w 20A大功率升压模块(开源)过程

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发表于 2025-1-11 00:14:14 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 旬幕君 于 2025-1-11 00:46 编辑

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

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发表于 2025-1-11 00:26:31 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
高手,全自制
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发表于 2025-1-11 00:34:43 | 显示全部楼层
做的漂亮。学习
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 楼主| 发表于 2025-1-11 00:44:23 | 显示全部楼层
本帖最后由 旬幕君 于 2025-1-11 00:53 编辑

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

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 楼主| 发表于 2025-1-11 01:21:37 | 显示全部楼层
本帖最后由 旬幕君 于 2025-1-11 01:22 编辑

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)_

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发表于 2025-1-11 07:43:52 | 显示全部楼层
牛,手搓电源的都是大佬
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发表于 2025-1-11 10:54:36 | 显示全部楼层
这么详细的测试
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发表于 2025-1-11 11:03:53 | 显示全部楼层
不错,值得学习。。。
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发表于 2025-1-11 13:31:09 | 显示全部楼层
能手搓电源而且解释的深入浅出的,都是真正的大佬!
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发表于 2025-1-11 17:16:54 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
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!
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 楼主| 发表于 2025-1-12 00:07:54 | 显示全部楼层
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
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发表于 2025-1-12 22:41:22 | 显示全部楼层
很强啊,高手!
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发表于 2025-1-13 11:28:44 | 显示全部楼层
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! ...

确实,PCB的走线很有讲究,也是很难调整的,我来碰到过一块电源板,仿的进口的,元件、布局全一样,就是输出纹波不一样,看来看去就是PCB走线有些许不同。
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发表于 2025-1-13 14:14:05 | 显示全部楼层

谢谢分享 学习一下
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发表于 2025-1-13 20:39:26 | 显示全部楼层
老大,什么时候做成品卖?
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发表于 2025-1-14 15:16:18 | 显示全部楼层
电路图有点模糊不清
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发表于 2025-1-14 15:17:25 | 显示全部楼层
做的漂亮。学习
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发表于 2025-1-14 16:09:26 | 显示全部楼层
谢谢分享~学习一下
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发表于 2025-1-17 16:01:04 来自手机浏览器 | 显示全部楼层
对于大电流、高功率的DC-DC升降压电路,环路设计及PCB线路走向设计,信号地与功率地的分地、共地设计,对电路正常运行,降低纹波至关重要。楼主最终的结果能达到这个程度,也难能可贵,实属不易!
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