直流稳压电源设计中TOP204YAI单片出现问题的解决办法
如果你是新手,对于自己的直流稳压电源设计部那么自信,或者是有问题却不知道出在哪里,也不知道怎么修改的话,那来到直流稳压电源网论坛一定没有错,这里上藏龙卧虎高人众多,他们都深居简出时不时的指点一下正在艰难中跋涉的新人们。
楼主:新手一枚,设计一款TOP204YAI单片开关直流稳压电源。
参照直流稳压电源电路图设计的,直流稳压电源输入AC85~265V,直流稳压电源输出15V2A。
元件型号参数如图,部分改动:1)分压电阻50K,实际采用51K;2)直流稳压电源光耦NEC2501,因CTR均为80~160%,NEC2501反向击穿直流稳压电源电压为40V,故实际采用JC817A,反向击穿直流稳压电源电压为70V。
直流稳压电源PCB板设计图如下:
高频直流稳压电源变压器经计算后,确定为EE25磁芯,Np=121T\Ns=10T\Nf=8T,初级绕组Φ0.25mm、次级绕组Φ0.5mm两股并绕、反馈绕组Φ0.5mm。
刚开始,上电后有直流稳压电源输出15.25V,用负载仪测试,由空载逐渐调整,直流稳压电源电流达到1.5A时工作正常,就想让它先工作一段时间再调整至2.0A试试,结果工作不到3分钟,就出现TOP204YAI发烫(根据许多资料显示其不应该发烫,有些资料显示其自身的散热片就能够散热,而且我还加了散热片,比直流稳压电源输出整流二极管散热还大,结果是TOP204YAI发烫而MUR610只是一点微微发热),具体情况是:空载时直流稳压电源输出直流稳压电源电压在12.3~14.5之间跳动,带负载2A时,直流稳压电源电压显示在1.25~1.78V之间跳动、直流稳压电源电流显示0~0.25A跳动,且高频直流稳压电源变压器发出“吱……吱……”有规律的一高一低的噪音,直流稳压电源输出指示灯(LED)也是跟随噪音一闪一闪的。关掉后重新上电,就一直是跳动无法恢复刚开始的状态了。
怀疑过高频直流稳压电源变压器,又重做了高频直流稳压电源变压器,匝数未变,线径加大了,分别为Φ0.45mm、Φ0.6mm两股并绕、Φ0.5mm,也是一样的情况。
随后怀疑功率器件TOP204YAI,更换;直流稳压电源输出整流MUR610,更换;几乎所有元件均更换了也是一样的,始终无法恢复刚开始的状态。上传的直流稳压电源PCB板也是重新设计过三次的。
关断直流稳压电源时,直流稳压电源输出直流稳压电源电压并非直接归0,而逐渐降低,大概近50秒时还有0.6V左右的直流稳压电源电压,且下降越来越缓慢,归0大概需要10分钟左右时间。
百思不得其解,请教高手,这个问题出在何处?
再补充一些与详细说明情况:
1、直流稳压电源输入整流后的直流直流稳压电源电压311V,十分稳定。
2、直流稳压电源输出直流稳压电源电压波动如前所述。
3、反馈绕组整流后和直流稳压电源光耦(C)端的直流稳压电源电压是5.8~8.9V之间跳动,
4、高频直流稳压电源变压器发出的“吱……吱……”声音一高一低,与直流稳压电源光耦(C)端直流稳压电源电压高低一致。
5、TOP204YAI(C)脚直流稳压电源电压为5.11V,较稳定无变化。
6、直流稳压电源输出直流稳压电源电压在关掉直流稳压电源输入AC直流稳压电源之后,不是直接掉电,而是缓慢降下来,带载与不带载是一样的。
回答:S脚布线有问题。TOP直流稳压电源布线要求:S引脚的引线应该非常短,旁路电容应尽可能靠近S和C引脚,同时,S脚应单点接地,以避免主直流稳压电源电路的工作直流稳压电源电流对控制信号造成干扰。
楼主:谢谢!感觉S脚布线也已经很短了,几乎不能再短的地步了,也参照了好多资料来看,可就是问题始终无法解决。
比如《单片开关直流稳压电源的设计》(沙占友著)中的图:
感觉我的布局和距离都比这个资料上的要短和近得多了呢。包括环路面积也是挺小的了。
回答:第2个要求S脚要单点接地,直流稳压电源PCB反馈供电的地没有跟S脚的地分开。另外,核对一下反馈供电绕组同名端,直流稳压电源输出端加个假负载试试。
回答:你这不是单点接地,反馈供电和S脚的地没有分开。
楼主:哦!已经切断那条线,并用导线跨接成单点接地了。
带上假负载(10欧的电阻,正常计算15V/30W应该是7.5欧,先不急着用足功率),结果故障依旧。直流稳压电源输出端直流稳压电源电压是0.0V、0.0V、0.3V、0.6V、0.8V、1.2V、1.3、1.5V左右(不好意思具体小数点2位以后的数字没留意)很有规律的跳动。与之前的情况是一样的。
回答:虽然这应该不是问题的关键,但是你这种操作意义不大,断开位置和跨接位置都不是理想的位置。
楼主:红框内只是缩小的接触面而已。
电线插头
楼主:无意中又发现一个问题:
这是无意中发现的,因为之前取下了直流稳压电源光耦,切断与跨接线后忘了安装直流稳压电源光耦,在无直流稳压电源光耦的情况下,试了机,然后发现不对就安装上直流稳压电源光耦再试,结果情况是一样的。也就是说在有与无直流稳压电源光耦的情况是一样的,根据这样的情况,我想应该问题出在反馈直流稳压电源电路上,也就是直流稳压电源光耦无反馈。
奇怪的是,第一次焊接安装好试机,一切正常呢,直流稳压电源输出直流稳压电源电压15.25V,带负载也没问题,虽然是只逐步增加负载到1.5A就暂停了,本想让其工作一段时间后再增加到2A测试。就在这个时候,大概3分钟左右出现故障。再后来就一直这样的故障。
还有,更奇怪的是:三次设计的直流稳压电源PCB板,都是如此的问题,每次都是用新设计的直流稳压电源PCB板时正常,一会儿出现故障,然后就再也无法恢复,再如何换板子和元器件都是一样。真是怪事呀,每次用设计的新板正常一会儿。特别说明:每次新设计的直流稳压电源PCB板,测试正常大概几分钟,然后不管是换元器件还是直流稳压电源PCB板都是一通电开机就是故障情况,始终无法出现刚开始时的正常一会儿的情况。
真是奇怪了!!!百思不得其解呀!!!
回答:检查431的参考电阻过大,无法正常工作。431有个最低的工作直流稳压电源电流。
楼主:谢谢!已经考虑过这个问题,也调整过相关电阻,结果是故障依旧。
回答:几分钟出现问题应该是芯片过流或者过温保护了。反馈部分、直流稳压电源变压器原边电感量、同名端等要检查一下。
楼主:嗯,也曾分析过,刚开始测试时正常,几分钟后出现故障,确实是芯片发热,所以分析是过温或过流保护。但很快否定了,因为如果是这类问题,那么在冷却之后重新开机,应该是正常的,再过几分钟出现同样故障。但不是这样的情况,正如前所述的,是不管如何开机测试,只要一通电开机就是故障现象。这个时候不管更换任何元器件,故障依旧,没任何好转情况。
另外,再补充说明一下情况:噪音与直流稳压电源电压升降变化频率大概是1Hz左右,很有规律,噪音与直流稳压电源电压变化时序是:0→低→高→低→0……不断循环(每次直流稳压电源电压在0V时,大概噪音6次后才开始升降变化),根据这种情况分析,应该是TOP204芯片没启振,曾无意在没安装直流稳压电源光耦的情况下通电开机,故障一样,那么说明可能故障在反馈直流稳压电源电路上。也曾考虑是直流稳压电源变压器的问题,重新绕制了直流稳压电源变压器(原边/初级匝数121,电感量1.8mHz,反馈绕组8匝,副边/次级绕组10匝,最先发贴也已说明。同名端如图,应该没错,也测试过),也是一样的。
回答:431和直流稳压电源光耦换过没有?
楼主:431和直流稳压电源光耦,都换过了。
回答:15v开12的匝比?这太大了,建议你开到6-7左右,重新算过直流稳压电源变压器吧!
楼主:也重新计算过几次呢。
不知是不是计算方法有问题,请指教!
1、直流稳压电源输出功率与直流稳压电源变压器初一次感应直流稳压电源电压:
VBmin=85×1.1×√2=132.21V,VBmax=265×0.7×√2=262.39V
2、占空比:
Dmax = VOR /(VOR+Vi(min)-VDS(on)) = 135/(135+90-10)=0.628
Dmin = Vi(min)/(VOR+Vi(min)-VDS(on)) = 90/(135+90-10) =0.419
3、直流稳压电源输入功率:
Pi= Po/η = 30/0.88 =34.09W
4、一次线圈峰值直流稳压电源电流:
IPK= Ipo/Dmin= Pi/(VBminDmin) = 34.09/(132.21×0.419) = 0.615A
5、一次绕组电感:
LP= VBmaxDmin×10/IPK= 262.39×0.419×10/0.615 = 1.788mH
6、一次绕组匝数:
根据工作频率(100KHz)和功率选择EE25磁芯,Ae=42mm2,磁芯磁感应强度100℃时360mT,变化范围60%,
△B = 360×60% = 216mT
NP = VBmaxDmin×10/(Ae△B) = 262.39×0.419×10/(42×0.216) = 121.2 ≈ 121T
7、二次绕组和反馈绕组:
设电感压降VL=0.3V,整流二极管压降VD=0.4V。
每匝线圈所承受直流稳压电源电压为:n = VBmax/NP = 262.39/121 = 2.169V/T
Vs = (Vo+VL+VD)/0.707 = (15+0.3+0.4)/0.707 = 22.207V
VF= (VFO+VD)/0.707 = (12+0.4)/0.707 = 17.539V
Ns= Vs/n = 22.207/2.169 = 10.2 ≈ 10T
NF= VF/n =17.539/2.169 = 8.1 ≈ 8T
8、磁心气隙:
δ = 4π×10-7Np2Ae/Lp= 4×3.14×10-7×1212×42/1.788 = 0.432mm
也通过其他方法计算过,也都差不多的数值。
回答:出现故障无法恢复时,更换直流稳压电源光耦,如果更换后能正常工作一段时间,就是直流稳压电源光耦问题,可能是器件质量不好或设计错误。
寻找芯片发热原因需要用示波器看波形。
楼主:不是更换直流稳压电源光耦后正常工作一段时间(出现故障后更换任何元器件都没用),而是每次重新设计直流稳压电源PCB能正常一会儿,且仅是重新设计的第一块板能正常,出现故障后再更换板子也没用了。
用示波器测试过,波形很乱,跳跃性强,感觉是没起振。芯片发热是正常工作的那段时间里,由于时间较短就出现故障,没找到到底是什么原因。
回答:直流稳压电源变压器空气气息是否够?气息不够磁芯饱和也会出现这些现象。
楼主:磁芯气隙通过计算是0.432mm,δ=4π×10-7Np2Ae/Lp=4×3.14×10-7×1212×42/1.788=0.432mm
回答:供电经过直流稳压电源光耦再到R101脚再到TOP204的C脚试试看!
楼主:试过,也是一样的情况!
回答:你说拆了直流稳压电源光耦现象一样,不可能还是5.11V吧,会不会是整流管D104不行!
楼主:哦,不好意思!没描述清楚,拆下直流稳压电源光耦之后,没有5.11V直流稳压电源电压了,具体是多少忘了,因为不敢长时间通电、也不敢再次拆下直流稳压电源光耦测试。直流稳压电源输出整流管没问题的。也曾怀疑过,换了也是。
回答:那应该是直流稳压电源变压器饱和了,直流稳压电源变压器没换过吧??
楼主:更换过直流稳压电源变压器,也重新绕过直流稳压电源变压器,没有解决,故障依旧。
楼主:再次补充:曾多次怀疑与更换直流稳压电源光耦,但最后还是再次更换直流稳压电源光耦。特别选择了CTR在100%左右的(最终选择95%的)。另外分压电阻重新选择47K和10K的,
另外又重新更换了直流稳压电源PCB,如之前的图(未重新设计,也未做任何修改,如切断、跨接等),这时直流稳压电源输出直流稳压电源电压稳定了,直流稳压电源电压14.35V,直流稳压电源电流能调整到1.8A。但新的问题来了,通电开机是不到一分钟,钳位直流稳压电源电路的阻塞二极管发烫冒烟。迅速关电!
联想到之前的分压电阻51K和10K时的故障,重新用51K和10K电阻,也能直流稳压电源输出15.33V、1.5A。钳位直流稳压电源电路阻塞二极管10秒左右开始冒烟,即刻就开始了之前的故障直流稳压电源电压跳动、直流稳压电源变压器发出噪音,不能再继续就关电了。
再重新更换分压电阻为47K和10K,并更换TVS和阻塞二极管,再通电测试,也是不到一分钟阻塞二极管冒烟。但没进入这之前大家一直分析讨论的直流稳压电源电压跳动和直流稳压电源变压器噪音的情况了。
又一时不知原因在哪了?直流稳压电源变压器更换了好多次了。不同电感量(电感量±10%范围内更换过多个直流稳压电源变压器)都测试过,故障一样。
到底原因在哪?为什么阻塞二极管BYV26C发烫冒烟?同时TOP204YAI发热量大。没有前面说的那么烫了。
最终发现问题所在了:是高频直流稳压电源变压器的问题。漏感多了。
高频直流稳压电源变压器绕制出来漏感太大了,测试出来是237uH。
实验性重新绕制过两次:
1、减少初级绕组到83匝,其他不变。电感量960uH,漏感116uH。仍然是大了。但通电测试,虽然钳位直流稳压电源电路阻塞二极管也是发烫,但明显没之前那么发烫了,也不再冒烟。直流稳压电源电压电流输出正常,但不能长时间工作。失败!
2、减少初级绕组到66匝,其他不变,电感量570uH,漏感46uH。同样也是大了,通电测试,明显阻塞二极管又降了一些温度。但直流稳压电源变压器发热量大了,温升厉害。也是失败!
准备进一步再重新绕制直流稳压电源变压器……
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