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[讨论] 哪种方案是最优的?

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maychang

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发表于 2019-11-2 18:58 | 显示全部楼层 |阅读模式

  在某论坛有这么一个帖子:

AAX.png             图(01)
  对这个问题,众说纷纭。除楼主所说Sepic方式外,有建议先降压(Buck)然后升压(Boost)的,有建议先升压(Boost)然后降压(Buck)的……出主意的还真不少,讨论一直延续了20多层楼。
  不亦心在那帖的25楼做了个总结:

BBX.png             图(02)
  当然,还可能有Cuk再Cuk(第一个Cuk反向输出,第二个Cuk再次反向输出),还可能有Buck-Boost再Buck-Boost(第一个Buck-Boost反向输出,第二个Buck-Boost再次反向输出),等等,等等。
  那么,问题来了:哪种方案是最优的?
  
  判断哪种方案最优,通常有两个条件:
一、 效率。我们总是希望效率越高越好。
二、 成本。我们总是希望成本越低越好。
  由第一个条件,Boost+Buck、Buck+Boost、Cuk+Cuk、Buck-Boost+Buck-Boost……所有使用两个非隔离变换器的方案都要被否定。因为两次变换,也就是两级变换电路,效率必定比一次变换或者说一级变换的电路效率低。
  从成本上看,两次变换的电路必定使用元器件比较多,当然成本也会比较高。从成本看,两次变换的电路也应该被否定。
  那么,仅使用一次变换,同时要满足输入在18~32V之间变化,输出与输入同方向(输出为正电压),固定为24V的电路有哪些?
  因为输出24V在18~32V范围中间,所以Buck电路、Boost电路……都会被否定。因为要求同方向,输出可以大于输入也可以小于输入电压的Buck-Boost电路、Cuk电路……也必须被否定。
  那么满足上述输出电压可以大于输入也可以小于输入,同时输出与输入同方向的电路就只有Sepic电路、Zeta电路和不亦心所说flyback电路(即单端反激电路)了。
  在Sepic电路、Zeta电路和不亦心所说flyback电路这三种中,前两种都有一个电容作为耦合元件。这个电容,必须在一个开关周期中存储全部能量,然后释放给负载侧,所以对这个电容的要求不低。除必须使用损耗较小的无极性电容外,该电容的电容量也相当大。这个电容的价格不低。从成本考虑,最好能省下这个电容。
  那就只剩不亦心所说flyback电路(即单端反激电路)了。
  单端反激电路与Buck-Boost电路相比较,仅仅是把Buck-Boost电路中的储能电感换成了变压器。也就是说,在Buck-Boost电路的储能电感上绕制了次级绕组。其它元器件与Buck-Boost电路完全相同。
  别小看这个次级绕组。因为次级绕组匝数可以与初级不同,所以在供电电压较低(原帖为18V)时也可以保证输出达到24V。供电电压较高时只要减小PWM占空比就可以控制输出电压不变。更因为次级和初级电气隔离,所以输出方向可以任意选择。
  单端反激电路,变压器初级次级是隔离的。但非隔离电路要改成隔离比较麻烦,隔离电路改成非隔离则很容易——次级整流滤波后的一端与初级侧“地”联接就是了。
  而且,如果使用单端反激电路来实现图(01)的要求,变压器初级次级之间不必加绝缘层:反正不隔离,初级次级之间电压相当小。初级次级甚至可以夹绕或者一部分双线并绕。这样绕可以使变压器漏感大为减小,从而减少功率开关管关断时由于漏感产生的损耗。
  所以,无论是从效率上还是成本上,单端反激电路都是应该优先考虑的电路。

此帖出自电源技术论坛


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发表于 2019-11-2 23:11 来自手机 | 显示全部楼层
从产品角度出发,尺寸效率需求不明,不能立项


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发表于 2019-11-2 23:20 来自手机 | 显示全部楼层
我这边12V5A输出的sepic模块的耦合电容用了4颗1206封装10uF电容,电容发热比反激的rcd小,占用的空间小不少,磁性元件也小

点评

另外,对 “磁性元件也小” ,我也抱有怀疑。sepic的电感也是两个,若是相同功率,两个电感的体积未必比变压器(共用磁路)的两个绕组小。  详情 回复 发表于 2019-11-3 10:10
“电容发热比反激的rcd小”。电容发热和RCD发热,不是sepic效率高的直接证据。反激变压器若是双线并绕,漏感会小很多,RCD发热也会小很多。当然,我没有试验过,也没有比较过,只是推测。  详情 回复 发表于 2019-11-3 10:07


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发表于 2019-11-2 23:36 来自手机 | 显示全部楼层
如果效率要求高,4开关轻松上97%,电池的容量也是成本,小容量锂电池组的价格大约2元/WH, 设电源多1W损耗续航5小时,电池需要多投入10元


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maychang

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 楼主| 发表于 2019-11-3 10:07 | 显示全部楼层
PowerAnts 发表于 2019-11-2 23:20 我这边12V5A输出的sepic模块的耦合电容用了4颗1206封装10uF电容,电容发热比反激的rcd小,占用的空间小不少 ...

“电容发热比反激的rcd小”。电容发热和RCD发热,不是sepic效率高的直接证据。反激变压器若是双线并绕,漏感会小很多,RCD发热也会小很多。当然,我没有试验过,也没有比较过,只是推测。

点评

60W的反激,RCD部份损耗至少0.5W,至少需要用1W的电阻,但是SEPIC的电容基本不发热,实测温度只比周围PCB高两三度。 用两颗总直径24mm, 高9mm的电感,效率89%,改用总直长31mm高15mm的耦合电感,效率91%  详情 回复 发表于 2019-11-3 11:13


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 楼主| 发表于 2019-11-3 10:10 | 显示全部楼层
PowerAnts 发表于 2019-11-2 23:20 我这边12V5A输出的sepic模块的耦合电容用了4颗1206封装10uF电容,电容发热比反激的rcd小,占用的空间小不少 ...

另外,对 “磁性元件也小” ,我也抱有怀疑。sepic的电感也是两个,若是相同功率,两个电感的体积未必比变压器(共用磁路)的两个绕组小。

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[attachimg]441865[/attachimg]   PQ2620: 26.5*29.5*20.5  耦合电感 31*15mm 单电感:24*9mm, 若是两颗叠起来,占用空间也比PQ2620小  详情 回复 发表于 2019-11-3 11:19


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发表于 2019-11-3 11:13 | 显示全部楼层
maychang 发表于 2019-11-3 10:07 “电容发热比反激的rcd小”。电容发热和RCD发热,不是sepic效率高的直接证据。反激变压器若是 ...

60W的反激,RCD部份损耗至少0.5W,至少需要用1W的电阻,但是SEPIC的电容基本不发热,实测温度只比周围PCB高两三度。

用两颗总直径24mm, 高9mm的电感,效率89%,改用总直径31mm高15mm的耦合电感,效率91%

微信图片_20191103111158.jpg

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两个电感和三个电解电容放在一块小板上,sepic的耦合电容你是用电解电容么?  详情 回复 发表于 2019-11-3 11:25

高中低压隔离&非隔离 大中小功率DC(AC)-DC模块

2.5~1000V, 0.5-5000W 主力产品效率最高达98%

自带密封铝壳散热,不用像一线品牌那样需要附加散热器,即接即用!



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发表于 2019-11-3 11:19 | 显示全部楼层
maychang 发表于 2019-11-3 10:10 另外,对 “磁性元件也小” ,我也抱有怀疑。sepic的电感也是两个,若是相同功率,两个电感的 ...

微信图片_20191103111559.jpg

 

PQ2620: 26.5*29.5*20.5 

耦合电感 31*15mm

单电感:24*9mm, 若是两颗叠起来,占用空间也比PQ2620小

高中低压隔离&非隔离 大中小功率DC(AC)-DC模块

2.5~1000V, 0.5-5000W 主力产品效率最高达98%

自带密封铝壳散热,不用像一线品牌那样需要附加散热器,即接即用!



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 楼主| 发表于 2019-11-3 11:25 | 显示全部楼层
PowerAnts 发表于 2019-11-3 11:13 maychang 发表于 2019-11-3 10:07 “电容发热比反激的rcd小”。电容发热和RCD发热,不是sepic ...

两个电感和三个电解电容放在一块小板上,sepic的耦合电容你是用电解电容么?

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SEPIC的特性:输入纹波电流小,用一颗电解退耦,输出纹波电流大,用2颗电解储能。耦合电容是铜箔面的4颗1206贴片电容  详情 回复 发表于 2019-11-3 11:30


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五彩晶圆(中级)

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发表于 2019-11-3 11:30 | 显示全部楼层
maychang 发表于 2019-11-3 11:25 两个电感和三个电解电容放在一块小板上,sepic的耦合电容你是用电解电容么?

SEPIC的特性:输入纹波电流小,用一颗电解退耦,输出纹波电流大,用2颗电解储能。耦合电容是铜箔面的4颗1206贴片电容

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时代变化了,贴片电容也能做到10uF了,电阻好像还不大(发热不大)。 又想到TI的那些电源芯片,功率管做到芯片内部,损耗非常小(效率够高)。集成电路制造工艺确实今非昔比。 OUT啦!  详情 回复 发表于 2019-11-3 12:08

高中低压隔离&非隔离 大中小功率DC(AC)-DC模块

2.5~1000V, 0.5-5000W 主力产品效率最高达98%

自带密封铝壳散热,不用像一线品牌那样需要附加散热器,即接即用!



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 楼主| 发表于 2019-11-3 12:08 | 显示全部楼层
PowerAnts 发表于 2019-11-3 11:30 SEPIC的特性:输入纹波电流小,用一颗电解退耦,输出纹波电流大,用2颗电解储能。耦合电容是铜箔面的4颗1 ...

时代变化了,贴片电容也能做到10uF了,电阻好像还不大(发热不大)。

又想到TI的那些电源芯片,功率管做到芯片内部,损耗非常小(效率够高)。集成电路制造工艺确实今非昔比。

OUT啦!

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低压贴片电容可以上百uF 半导体的进步: 刚入行做FAE那会,经常给各种客户山寨类似苹果祖传5V1A的充电头,用PSR方案layout都整到要掉头发 现在相同的体积,别人都干到18W,还加了PD协议芯片 [attachimg]  详情 回复 发表于 2019-11-3 12:49
淘宝上有很多小板子几到十几块钱还包邮,张老可以偶尔陶一两块玩玩,与时俱进!!!  详情 回复 发表于 2019-11-3 12:11


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发表于 2019-11-3 12:11 | 显示全部楼层
maychang 发表于 2019-11-3 12:08 时代变化了,贴片电容也能做到10uF了,电阻好像还不大(发热不大)。 又想到TI的那些电源芯片,功率管做 ...

淘宝上有很多小板子几到十几块钱还包邮,张老可以偶尔陶一两块玩玩,与时俱进!!!

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你送给我两管IGBT,也送给网友了——现在我只能做些写写画画的事情了。  详情 回复 发表于 2019-11-3 12:22
我的万用表、示波器、直流电桥、万用电桥……都送给网友了——玩不动啦!  详情 回复 发表于 2019-11-3 12:20

高中低压隔离&非隔离 大中小功率DC(AC)-DC模块

2.5~1000V, 0.5-5000W 主力产品效率最高达98%

自带密封铝壳散热,不用像一线品牌那样需要附加散热器,即接即用!



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 楼主| 发表于 2019-11-3 12:20 | 显示全部楼层
PowerAnts 发表于 2019-11-3 12:11 淘宝上有很多小板子几到十几块钱还包邮,张老可以偶尔陶一两块玩玩,与时俱进!!!

我的万用表、示波器、直流电桥、万用电桥……都送给网友了——玩不动啦!



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 楼主| 发表于 2019-11-3 12:22 | 显示全部楼层
PowerAnts 发表于 2019-11-3 12:11 淘宝上有很多小板子几到十几块钱还包邮,张老可以偶尔陶一两块玩玩,与时俱进!!!

你送给我两管IGBT,也送给网友了——现在我只能做些写写画画的事情了。



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一粒金砂(中级)

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发表于 2019-11-3 12:49 | 显示全部楼层
maychang 发表于 2019-11-3 12:08 时代变化了,贴片电容也能做到10uF了,电阻好像还不大(发热不大)。 又想到TI的那些电源芯片,功率管做 ...

低压贴片电容可以上百uF

半导体的进步:

刚入行做FAE那会,经常给各种客户山寨类似苹果祖传5V1A的充电头,用PSR方案layout都整到要掉头发

现在相同的体积,别人都干到18W,还加了PD协议芯片

18W.png

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“低压贴片电容可以上百uF” 此一时,彼一时。 所幸我说 “两次变换的电路也应该被否定” 还是正确的。  详情 回复 发表于 2019-11-3 15:11
现在的9V2A是同步整流了吧。可能你那个5V1A是肖特基整流,要是换成SR,跑2A估计也妥妥的  详情 回复 发表于 2019-11-3 13:12
塑料壳的安规表面温度上限85度,设最高环温40度,允许温升45度吧,这个壳允许2W功耗,18W需要90%的效率,确实不容易。做5W只需要71.5%的效率  详情 回复 发表于 2019-11-3 13:10


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发表于 2019-11-3 13:10 | 显示全部楼层
不亦心 发表于 2019-11-3 12:49 低压贴片电容可以上百uF 半导体的进步: 刚入行做FAE那会,经常给各种客户山寨类似苹果祖传5V1A的 ...

塑料壳的安规表面温度上限85度,设最高环温40度,允许温升45度吧,这个壳允许2W功耗,18W需要90%的效率,确实不容易。做5W只需要71.5%的效率

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发表于 2019-11-3 13:12 | 显示全部楼层
不亦心 发表于 2019-11-3 12:49 低压贴片电容可以上百uF 半导体的进步: 刚入行做FAE那会,经常给各种客户山寨类似苹果祖传5V1A的 ...

现在的9V2A是同步整流了吧。可能你那个5V1A是肖特基整流,要是换成SR,跑2A估计也妥妥的

高中低压隔离&非隔离 大中小功率DC(AC)-DC模块

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 楼主| 发表于 2019-11-3 15:11 | 显示全部楼层
不亦心 发表于 2019-11-3 12:49 低压贴片电容可以上百uF 半导体的进步: 刚入行做FAE那会,经常给各种客户山寨类似苹果祖传5V1A的 ...

“低压贴片电容可以上百uF”

此一时,彼一时。

所幸我说 “两次变换的电路也应该被否定” 还是正确的。

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中间商多了,利润率就少了  详情 回复 发表于 2019-11-3 15:42


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发表于 2019-11-3 15:42 | 显示全部楼层
maychang 发表于 2019-11-3 15:11 “低压贴片电容可以上百uF” 此一时,彼一时。 所幸我说 “两次变换的电路也应该被 ...

中间商多了,利润率就少了

高中低压隔离&非隔离 大中小功率DC(AC)-DC模块

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