哪种方案是最优的？

maychang

哪种方案是最优的？ [复制链接]

 

　　在某论坛有这么一个帖子：

            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：

            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。

PowerAnts

从产品角度出发，尺寸效率需求不明，不能立项

PowerAnts

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

PowerAnts

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

maychang

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。

maychang

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。

PowerAnts

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%

PowerAnts

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 ...

 

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

maychang

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？

PowerAnts

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

maychang

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！

PowerAnts

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！！！

maychang

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！

maychang

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。

不亦心

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

PowerAnts

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

PowerAnts

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

maychang

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。

PowerAnts

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