[YJGQDD]设计举例：15V转双24V,0.1A输出隔离电源
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。
开发板链接https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.1-c-s.w4004-18860621096.2.170322d0dzBvJO&id=611285274862
相关资料下载：https://pan.baidu.com/s/1v06v1tIScTztJH40D5H-QA 提取码：5bdw
网盘资料里面有开发板的原理图，体验版烧写码，口袋实验上位机下载。用户可以自己根据原理图画板子去打样焊接或集成到自己的电路里面。不需要购买开发板就可以实现绝大部分功能。 隔离双电源，不错的 谢谢分享！
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