本帖最后由 hailing 于 2020-4-19 15:45 编辑
用户有一个15V转双24V的隔离电源变压器需求，24V侧每路最大100mA。三相电每路需要1个变压器隔离供电。总共3个隔离变压器， 每个隔离变压器输出2路24V,100mA，总输出功率为4.8W。用户想使用FF06140410这款贴片变压器的骨架方案。 建议总体设计方案为使用1组大电流的2MOS驱动方式驱动3个隔离变压器，每个隔离变压器的2路再分别经过全波整流，滤波后再接高耐压LDO 做稳压后输出24V供电。对输出电压波动要求不高的也可以省去LDO稳压，直接隔离输出。 变压器设计步骤：1：确认选择的变压器是否可以输出5W以上的功率
在没超过磁环材料的最大功率时，输出最大功率和输入电压的平方成正比。当输出功率超出磁环的最大值时，磁环发热严重，加速磁芯的饱和， 电流变大，磁芯更快饱和，很快变压器或驱动MOS管烧毁。 以上FF06140410变压器在5V，2MOS驱动下可以输出1W的功率，在15V，2MOS驱动下理论最大输出在9W以上。 不够需要换磁环和骨架或使用4MOS的方案驱动 2：使用FF-BASIC-DEMO开发板+“口袋实验”上位机测试适合的开关参数 不同的磁环在相同的初级匝数时，对开关频率的适应性不同。有些的最低开关频率在60KHz以上就可以，有些需要从200KHz以上开关。 同一个磁环在不同的初级绕组时适应的开关频率也不同，一般初级绕组多了最低开关频率会降低，但是初级绕组多了意味着次级绕组也要 相应比例的增加，这样会导致线太多绕不下的问题和生产成本过高的问题。 因为是贴片变压器，我们先在引脚上焊接上导线方便夹子操作。 把FF-BASIC-DEMO开发板的跳线帽短接接1N-B，短接2N-B（使用T2变压器）。 使用直流稳压电源输出15V电压，限流0.5A，接到开发板的“12V”红色测试环和GND黑色测试环。同时通过观察直流稳压电源的输出电流来查看电流变化。 把4芯线插到T2下方的2X2插针上。 插上TYPE-C线连电脑USB口。 开发板连接口袋实验上位机，用于设置开关频率 以下测试6T次级在不同的开关频率下的静态电流（静态电流=加上变压器后的15V输入电流-加上变压器前的15V输入电流，差值可能会出来负值） 数据如下： 按照初级14T的话，后面2个24V的匝数使用上位机计算： 输入除T2以外的其它值，点击T2后面的计算器获得T2的匝数，取47T。可以看到这样磁环一共要绕14T+47T+47T=108T。线圈已经很多了，不适合绕制磁环变压器。 初级10T的话，一共绕制：10T+33T+33T=76T。可以看到明显比初级14T的108T少多了。
我们取初级10T，利用变压器剩下的14T+6T按照同名端串联起来，可以使用上位机变压器匝数测试功能验证次级匝数是否是20T： 按照图示接好跳线帽，把4芯线插到同名端检测的2X2插针上，初级的夹子夹10T，次级的夹子夹14T+6T. 测试次级的确是20T.
把跳线帽接回1N-B，然后4芯线连变压器插到T2。这样相当于把10T:20T的变压器接到T2的位置，我们开始测试磁环的最大输出功率， 开关频率这里我们取250KHz和143KHz。接上大功率的可调电阻或接电子负载测试最大输出功率： 以上可以看到143KHz时最大输出功率和效率都比250KHz要高，并且250KHz最大输出功率被限制在5W左右。 3：自己绕制变压器，使用开发板测量匝数是否正确 我们确定了初级10T，2个次级各33T的规格，开始绕制变压器。10T我们可以使用0.3mm左右的漆包线绕制。33T我们使用0.2mm的漆包线绕制。 先绕初级的10T，线留的长一些，方便圈数少了可以增加。 2根线先扭在一起，防止散开影响后面的绕线： 绕好3组线圈后，可以把线圈嵌入外壳看是否放的进去。放不进去需要考虑再减小匝数或换细的导线。 使用烙铁头沾锡烫漆包线的头，把表面的漆去掉，镀上锡方便接夹子测试匝数是否正确。 接好线测试次级是否是33T，绕的多了容易绕错，初级的10T可以数一遍确保初级是10T.要是次级与设计值相差多了就有可能是初级相差了1T. 测试完成后整理线头，把线绕到贴片骨架的引脚上，可以剪去多余的线，也可以先把多余的线留着用于飞线焊接到驱动板和整流板上。 4：焊接好变压器，把变压器装开发板上测试
可以通过硬导线（可以使用插件器件的引脚）一头插到开发板上圆孔插座上，放上贴片变压器整形好硬导线，把硬导线焊接到贴片引脚上， 再剪去多余的硬导线。就可以实现贴片变压器插到开发板圆孔插座的目的： 一路可以接电子负载，另外一路可以接外置的电阻，这里两路都外接200R的电阻产生100mA左右的输出电流。
再接上NTC电阻测试变压器的温度。一个合格的变压器在满载输出的时候温升不会很高。 通过上位机测试变压器温升和负载电压变化情况。 可以看到变压器在满载的时候最大温度只有35℃，并且不再继续上升。（要是变压器温度不断上升会触发开发板的过流保护，板载自恢复保险丝阻值变大， 从而保护了MOS管不烧毁。过流指示灯亮起说明输入电流大于600mA以上。） 2路的输出电压会因为相互的带载和空载情况而变化，大家可以根据自己的实际负载情况决定是否后端加LDO稳压或增减对应次级的匝数来调节输出电压。 5：把3个变压器，6路整流输出隔离电源搭建起来完整测试一遍
以上测试完成了一个变压器的性能，我们继续绕制另外2个变压器，把3个变压器，6路隔离电源的完整方案搭建起来。下图看起来可能会比较凌乱，不过好在一般隔离电源一个变压器，1-2路隔离电压输出就够了。这些用1块FF-BASIC-DEMO开发板就可以完成。
总的效率： 21*21/200*6/15/1.083=81.4%. 对温度和电压变化的分析：
可以选用单独的飞飞电源驱动板测试 输出电压22.6V，输入15V,1.147A，电源转换效率： 22.6*22.6/200*6/15/1.147=89%。
要是去掉驱动板本身的31mA电流的话，效率为91.5%，可以看到相对B0505类输入输出5V的隔离电源，高输入输出电压的隔离电源效率要高一些。 曲线分析 可以看到新的驱动板空载，满载的电压调整范围在22.6V到25.5V范围，MOS的驱动波形更好，内阻更小有助于改善电压调整率。 可以看到在输出15W，室温26.4℃时，MOS管上的最高温度45.8℃。 6：联系厂家打样，确定变压器生产相关参数。
7：拿到样品测试通过后，可以找厂家批量供货。
参考电路：
单独驱动板电路图，PWM驱动输出可以接多个初级并联，次级各自整流输出的变压器。 每一路隔离电源整流输出电路图。整流输出后可以根据自己的需要增加LDO或DCDC做二次稳压。
FF-BASIC-DEMO开发板上关于T2的驱动和保护部分电路。其中R25(0.75A16V自恢复保险丝)接到输入电解电容后端，MOS管前端， 这样可以很好的起到保护作用。J8可以短接自恢复保险丝。 这种设计也可以尝试应用于有MOS管的，调试阶段很容易烧MOS的电路中。
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发表于 2020-4-19 15:40:57
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