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【90天硬件工程师—USB多路电源】DAY10 ：最终成品展示及波形分析总结

2021-4-29 09:39:56 2181 DIY

1 ` 本帖最后由松山归人于 2021-4-29 09:48 编辑 DAY10 ：最终成品展示及波形分析总结最终波形测试完整波形及分析：黄色是三角波波形；绿色是直流电平波形；紫色是PWM波形；青色是电感电流波形。负载1：Io=50mA（DCM）负载1（展开）：Io=50mA（DCM）负载2：Io=80mA（DCM）负载2（展开）：Io=80mA（DCM）通过50mA和80mA的轻载，我们可以看出，虽然三角波的频率没有改变，但是最终输出的PWM波形是以丢斩波的方式来实现输出电压的调节。这是由于负载消耗很小，仅需要几个周期给电容充电，然后间隔几个周期电容的能量足够给负载提供能量，所以占空比为0%。负载3：Io=150mA（DCM）负载3（展开）：Io=150mA（DCM）当负载进一步加大，此时PWM的频率已经和三角波的频率保持一致了，这是由于负载变大，每一个周期都需要PWM的占空比调节来维持负载的消耗。负载4：Io=160mA（DCM）上面这张图是BUCK电路过流保护了，紫色的是采样电阻两端的电压，青色的是电感电流波形。通过测量电感峰值电流可以知道，Ipk=0.51A时（注意此时是DCM模式），电路就进行电流保护了。由于采样电阻R=1.5Ω，所以电阻两端的电压U=IpkR=0.51A1.5Ω=0.765V，达到了三极管的导通阈值。而且通过上面测量到的采样电阻两端的电压（也就是Q7 be两端的导通电压）0.74V就电路保护，并进行电路自锁。所以，经过实际测试采样电阻的取值需要改小一点。通过测试可以知道，采样电阻上的电流保护阈值是需要根据Ipk值来计算的。（后面专门针对采样电阻有详细的计算）负载4：Io=340mA（BCM）当负载340mA时，电感进入临界连续模式（BCM），之前计算的值：根据之前的电感选型可知，0.5A0.5=0.25A，也就是当负载电流在250mA时，电感理论上才进入临界连续模式。而实际测试下来是340mA，那么误差有：(340-250)/250=36%。而电感量本身的误差有±20%，再加上受温度的影响，以及电感本身在不同频率下呈现的感性是不同的，这是由于电感本身也有寄生参数，所以，造成最终实际偏差还是很大，这都是在合理范围内的。负载5：Io=350mA 上面这幅图是BUCK电路最大带载，超过这个负载时，电感饱和。在电感选型时，由于时间的关系，100uH 1A的电感缺货，所以就采购了100uH 600mA的电感。而本次DIY项目实际使用的100uH 600mA的电感，通过实验测试下来，明显是不够的。最后再来讨论一下电感的额定电流和采样电阻选型问题。当Buck电路计算出来电感后，要根据电感所设计的BCM模式下计算出ΔI值，来推算处满载输出情况下的Ipk值，然后采样电阻的电流保护值一般可以在Ipk值得1.2~1.5倍。Ipk和Io之间得关系如下图所示：上图是理论上计算出来得Ipk值，根据在满载情况下的Ipk=625mA，我们的电流保护要在Ipk的1.2~1.5倍，所以(1.2~1.5)625mA=750mA~937.5mA。如果采样电阻两端的电压保护阈值按照0.7V来计算的话（Q7的be导通阈值电压），那么采样电阻的取值计算如下：0.7V/750mA=930mΩ，0.7V/937.5mA=747mΩ。所以采样电阻的取值范围在747mΩ~930mΩ之间，这里可以根据实际情况，选择1Ω的采样电阻也是可以的。我们的输出最大平均电流Io=0.5A，所以采样电阻在满载情况下的功率P=I^2R=0.5A0.5A1Ω=0.25W，考虑到降额，可以选择2512的贴片封装或者2个1206封装的电阻并联。另外，采样电阻要选择高频特性好的合金采样电阻，否则在高频下电阻两端的电压并不能反应真实的电流。因为普通贴片电阻的寄生电感在高频下会有一定的电压幅值，U=IR + I(2πfL)。那么，根据Ipk值也知道，在电感选型时，也需要注意它的饱和电流，这就是为什么一开始在电感选型时需要选择额定电流1A的电感了。一般情况下，贴片电感的额定电流要是最大负载电流Io的1.5~2倍之间即可。本次DIY包括了Boost、Buck、正负电压的多种电源设计，让大家也跟我一起对低压电源设计有一个更深层次的、全方位的认识。不管是集成IC的，还是分立器件的，都有涉及到。同时在调试分立Buck电路时，也对环路控制的PID调节有了更深的理解。下面是最终多路输出电压的测试波形图。如果文中有疑惑的地方，欢迎和我一起交流，我是张飞实战电子的鲁肃老师。* ` 1
2021-4-29 09:39:56　　评论淘帖0 举报相关推荐 • USB多路输出电源---最终成品展示及波形分析总结 3644 • 【90天硬件工程师—USB多路电源】DAY9 ：分析硬件PID调节 1924 • 【90天硬件工程师—USB多路电源】DAY5 ： PCB Layout 2616 • 【90天硬件工程师—USB多路电源】DAY6 ： PCB 发板打样 1862 • 【90天硬件工程师—USB多路电源】DAY8 ： PCB板焊接与调试2 2198 • 【90天硬件工程师—USB多路电源】DAY7 ： PCB板焊接与调试1 2591 • 【90天硬件工程师—USB多路电源】DAY3：原理图设计及其它器件选型计算 2725 • 【90天硬件工程师—USB多路电源】DAY4： BOM表制作及元器件下单采购 2004 • 【90天硬件工程师—USB多路电源】DAY2：原理图设计2（分立BUCK电路） 3493 • 【90天硬件工程师—USB多路电源】DAY1：原理图设计1（Boost电路） 5154 1 个讨论

1 本次DIY项目内容已更新完，相信只要大家认真学习这10天的内容，肯定会受益良多！

2021-4-29 09:53:55 评论举报 1^# 松山归人