基于WEBNECH的升压电源设计3——优化部分

cat3902982

基于WEBNECH的升压电源设计3——优化部分 [复制链接]

发《基于WEBNECH的升压电源设计2——调试部分》的时是7月31号了，今天都8月31号了。不得不感叹时间好快啊，同时也发现自己要走的路好长啊！
    其实这件事本来早就可以做完了，只是前面一直被这样那样的事拽着。直到昨天，打算把这件事解决了，于是在X宝上买了些需要改进的器件。今天收到了，下午开始开工的。下面我就把今天的所见，所闻，所得分享给大家把。
    上个帖子的设计中，主要存在两个问题：
        （1）效率的问题，效率值比较低，算下来只有33%左右；
        （2）负载增加的时候，压降比较大。
    这次优化的过程中，这两个主要的问题都解决了，而且都找出了症结点。
    这里先感谢下网友philips_lu ，在他的提示下，这次优化的方向主要有两个：
        （1）电感的替换；
        （2）二极管的替换。
    首先完成焊接，焊接完成后，如下图所示：

    接着在空载的情况下，输入3.5V的电压，测量输出，值为11.9V左右。属于正常范围内，下面开始加负载，我设计的负载电流为0.1A左右，其测量值如下：

当看到这个测量值的时候，我算了下当下的效率η=（8.066×0.101）/（3.6×0.301）=75.18%；当看到这个效率值的时候我乐了，比原先的设计，效率直接翻番啊。同时Webench设计给出的效率是84%左右（如下图所示）。这个数据证明了更换了不同的电感和二极管是起到了明显的效果。

    虽然上面的设计更改，在效率上是起到了作用，但是压降的问题好像还是一点改善都没有了。怎么办了，于是乎我决定让它先工作一会，自己正好去翻翻资料。过了半个小时，我突然听到那边传来异样的声音。走过去仔细听，发现电感好像在叫。同时输入电流变大了。于是我把输入电压断开，将负载断开。重新上电，初始上电数据没有问题，慢慢增加负载，问题来了，到40mA左右时，电感就开始叫了。为什么了？难道是哪个部件坏了，可问题是具体哪个部件坏了呢？
    下面是分析过程:
    (1)IC会不会有问题，空载电压输入电流正常，证明IC至少没有短路问题，有输出，且输出电压是设计值，说明IC功能也正常。基本可以排除IC坏了的可能性。
    (2)电阻，这个在不是作为负载使用的情况下，一般很少出问题。在作为负载使用的时候，如果坏了的话，基本是肉眼可以辨别的烧焦样。所以在这里也基本可以排除了。
    (3)下面基本可以确定是电容、电感、二极管的问题，可具体是哪个，我也分不清了。
    如果没那个能力分析，那就踏踏实实的用最原始的方法吧，一个一个换，一个一个测。首先电感开始叫的，那就从电感开始吧，换了个新的，问题依旧，接着我从二极管，输入电容，输出电容。一个一个换，一个一个测，发现问题依旧，怎么回事了，这就很让人纳闷了。没有可能再坏的，难道准备要换IC了？不对啊，还有个还没更换了，就是那个Cf电容。本想直接换的，但是我觉的这个电容应该没那么容易坏了，就打开了Webench的设计方案，发现一个很重要的信息（如下图所示）就是它的耐压要求是50V.

    当时焊接这个的时候，发现我的元件盒有这个，虽然买了耐压50V的，当时没多想，直接焊的是元件盒里的。这时我把买的电容，换上后，重新上电测试，如下图所示：

    在负载输出电流为0.1A的时候，输出电压依然保持在12V左右。再计算下效率η=（11.936×0.099）/（3.5×0.479）=70.4%，效率比刚才降了5%，但是负载输出电压压降正常了。再让它跑了一段时间，没有出现什么异常。看到这样的结果，还算比较满意吧。毕竟X宝上的器件，要达到Webench中设计的元器件的参数，还是不大可能的。

cat3902982

有了上面的设计，下面就得分析问题了，到底是什么影响效率和负载压降的。下面是我做的验证，首先我将电感换了，换成原来设计时用的电感，测试数据如下图所示，计算其效率值：η=（11.940×0.098）/（3.6×0.487）=66.7%远大于上次的33%的效率，至少证明了电感不是主因。

    下面开始更换二极管，设计换成原来的，结果如下图所示，计算其效率值：η=（10.621×0.098）/（3.6×0.768）=37.6%.同时它的压降问题也开始出现了。比上次的数据略有提升。终于找到症结的问题了。这里二极管是导致效率和压降的主要原因。


[ 本帖最后由 cat3902982 于 2013-9-1 00:32 编辑 ]

cat3902982

在这里，我还对其的输入电容和输出电容进行了一些改边，没有记录详细的，就直接说下结果把。
    最后总结下这次优化的一些结果：
        (1)改变二极管：ES1D    -  >IN5819（效果很明显，压降和效率，瞬间提升，我和我的小伙伴们都惊呆了）；
        (2)改变电感：SCB3D28 -  >CD54（有一定的效果，效率提升了4%左右）；
        (3)增大了输入电容，几乎没有效果。为了不影响前端的供电，最后设计时还是把电容更改到原先的设计；
        (4)增大输出电容，有效果，效率有一定的提升，但是比较占面积。
        (5)这里最后还是在提下Cf电容，在选择它的时候也很重要，注意耐压。同时我认为它的ESR在这个效率中应该也起到一些作用，没器件，没法验证。

[ 本帖最后由 cat3902982 于 2013-9-1 00:48 编辑 ]

cat3902982

今天早上看了下手册，发现一个问题。就是各方给的效率值不一样啊！

这个是进到设计里面看的图表，这个的效率值是84%；

这个是刚打开设计时，效率值为77%；

这个是手册中给的，效率值为72%；看到上面几个效率值，我到底该认为哪个是对的了？？？？

[ 本帖最后由 cat3902982 于 2013-9-1 10:13 编辑 ]

鑫海宝贝

这个得顶一个呀！:carnation:

qwqwqw2088

是，这几个效率到底是哪个，，，

好贴

tianshuihu

好贴，分析解决问题的步骤很详细，实践派

cat3902982

对比看了下，两个管子的区别；发现最大的差别在于导通压降吧；

这个是IN5819的在流经电流为0.1A的时候，其导通压降为0.3V左右；

这个是ES1D的，从图上可以看出其导通压降为0.75左右。
所以以后选这种肖特基的管子的时候还是要注意点的。

soso

哇 总比一半的效率前进了一大步 呵呵 赞