[求助]做了个12V 3W的开关电源发现效率极低

dalarang · 发表于 2015-6-1 11:15:56

用PI生成开关电源电路，参数设定是12V输出，功率3W。

之后从网上买了相关元器件进行测试，为了测试方便以及省略部分元器件，将电路改成如下的样子：

其中A是串联电流表。U1因为没有买到TNY263，所以换成了同系列功率更大的TNY266。D5和D6因为手上没有相应的型号，所以就都换成FR107。VR2换成手上现有的10V稳压二极管。
变压器采用EPC13，使用PI给的绕组圈数，初级绕组92圈，次级绕组13圈。

接好后上电测试，能正常输出11V电压，开始的时候很高兴，但测试了一会发现变压器和TNY266发烫，VR1也就是TVS也在发热。
检查电流表，发现电流达到9mA，用万用表检查整流后的输入电压是280V，输出电压是11.1V。
输入功率：输入电压290V，电流0.009A，输入功率应该是290V*0.009A=2.61W
输出功率：输出电压11.1V，负载177欧，输出功率应该是11.1V*11.1V/177=0.69W
这样算的话，效率只有(0.69/2.61)*100%=26%

效率这么低，究竟是哪里出问题呢，我开始的时候以为变压器绕组数数错了，重新绕了一个还是一样。
问题究竟出在什么地方呢，是线圈绕组数有问题？还是变压器选择有误？或是电路元器件选择有问题？
请大家给点意见吧

变压器用的是这种：http://item.taobao.com/item.htm? ... p;qq-pf-to=pcqq.c2c
初级绕组使用的0.13mm漆包线：http://item.taobao.com/item.htm? ... p;qq-pf-to=pcqq.c2c
次级绕组0.4mm三层绝缘线：http://item.taobao.com/item.htm? ... p;qq-pf-to=pcqq.c2c

zpywz · 发表于 2015-6-1 12:30:38

1n914 恢复时间是4nS,F107 是数百nS
可能是你的二极管比原来的慢了几百倍引起的。输出上不去，引起输入过大。

dalarang · 发表于 2015-6-1 12:38:13

zpywz 发表于 2015-6-1 12:30
1n914 恢复时间是4nS,F107 是数百nS
可能是你的二极管比原来的慢了几百倍引起的。输出上不去，引起输入过大 ...

谢谢回答，我刚刚查二极管的手册也发现了这个问题。不仔细核对数据手册就乱替换元器件是不对的。
现在手上没有其它的快速二极管，换了个1n4148，也是4ns的，输入端的电流从9mA降至6mA了。
计算了一下，目前效率40%左右。这个效率正常吗，需不需要调整变压器圈数来试试。

LearningASM · 发表于 2015-6-1 12:45:44

R3和C5能否拯救LZ？

dalarang · 发表于 2015-6-1 12:55:57

LearningASM 发表于 2015-6-1 12:45
R3和C5能否拯救LZ？

测试了一下，接上R3和C5后依然如故，效率在40%左右

WUWEWU · 发表于 2015-6-1 13:39:15

可能变压器的气隙不对

dalarang · 发表于 2015-6-1 14:07:35

WUWEWU 发表于 2015-6-1 13:39
可能变压器的气隙不对

受教了，上网搜了一下气隙，原来两块磁芯不能碰到的，我开始的时候不知道，把磁芯紧紧地捆在一起。
现在在两者之间垫几层绝缘胶带，发现输入电流降到到4.5mA了，效率提升到50%了。
目前这个效率属于正常吗，是否还有提升的余地

hanbreen · 发表于 2015-6-1 14:16:47

dalarang 发表于 2015-6-1 14:07
受教了，上网搜了一下气隙，原来两块磁芯不能碰到的，我开始的时候不知道，把磁芯紧紧地捆在一起。
现在 ...

不要用TVS，用102/1000V电容和100K——200K/1W电阻并联代替试试。TNY266 D端峰值越小，电阻阻值可以越大。

散装805 · 发表于 2015-6-1 14:21:46

楼主你忘记了功率因数，输入有功功率不是直接电压乘电流的。

dalarang · 发表于 2015-6-1 14:44:28

hanbreen 发表于 2015-6-1 14:16
不要用TVS，用102/1000V电容和100K——200K/1W电阻并联代替试试。TNY266 D端峰值越小，电阻阻值可以越大 ...

我也觉得这个TVS蛮奇怪的，是PI生成原理图时推荐的，但是TNY266数据手册上是用电阻和电容并联，而且其它开关电源的参考电路也都是电阻电容并联，只有PI这个电路图是TVS。

手上没有1000V耐压的电容，但是我从别人的开关电源电路的相应位置拆了颗贴片电容，看位置应该是耐压1000V的电容，但容量不清楚，估计是同一量级的。并上200k电阻替换掉TVS后，发现输入电流降低了0.5个mA，但输出电压也降到9.8V了，综合算了一下效率差不多，没有什么改善。

hanbreen · 发表于 2015-6-1 14:50:20

dalarang 发表于 2015-6-1 14:44
我也觉得这个TVS蛮奇怪的，是PI生成原理图时推荐的，但是TNY266数据手册上是用电阻和电容并联，而且其它 ...

九楼说的有道理，测电流不要用真有效值万用表测。最好是用功率计测输入功率。

WUWEWU · 发表于 2015-6-1 14:57:10

dalarang 发表于 2015-6-1 14:07
受教了，上网搜了一下气隙，原来两块磁芯不能碰到的，我开始的时候不知道，把磁芯紧紧地捆在一起。
现在 ...

你再细调一下，一般效率能做到70%为正常，气息大了，小了都会影响效率

dalarang · 发表于 2015-6-1 14:58:16

散装805 发表于 2015-6-1 14:21
楼主你忘记了功率因数，输入有功功率不是直接电压乘电流的。

你好，功率因数该如何计算？我对这方面的知识比较匮乏……

我重新绕了个变压器，初级93扎，次级14扎，磁芯之间垫了几层绝缘。接上后测量了一下，整流后的输入电压300V，电流4.2mA。输出端接了个177欧的电阻，输出电压11.1V。该如何计算转换效率。

按照我原先的算法，效率应该在54%左右了。加上功率因数就不知道怎么算了。
目前这个结果，是属于正常开关电源效率范围吗？
TNY266和变压器摸上去已经不烫手了，只是温热温热的。

散装805 · 发表于 2015-6-1 15:42:14

dalarang 发表于 2015-6-1 14:58
你好，功率因数该如何计算？我对这方面的知识比较匮乏……

我重新绕了个变压器，初级93扎，次级14扎，磁 ...

没功率因数校正电路，负载轻的情况下，功率因数范围从0.5到0.65都有吧，满载功率因数能上0.78。
你输出11.1/177 = 63.7mA电流这么轻载，这电路功率因数顶死也就0.6，
(11.1^2/177) / (300*0.0042) / 0.6 = 92% ，
一般反激做不了这么高，不知道你的电流是用什么测的，你可以用个计量插座来测测。

dalarang · 发表于 2015-6-1 15:50:56

WUWEWU 发表于 2015-6-1 14:57
你再细调一下，一般效率能做到70%为正常，气息大了，小了都会影响效率

经过调整测试，发现最好的情况是输入电流能降到4mA，输出电压不变，这个距离大概在0.4毫米左右。气隙离远了近了输入电流都会变大。那应该是已经找到气隙最合适的点了。

是否以后定制这款变压器的时候，告诉生产厂家气隙是0.4mm就可以？

lusson · 发表于 2015-6-1 15:54:50

177欧电阻1W的输出功率都不到。
楼主加大负载试试，效率应该有提升

dalarang · 发表于 2015-6-1 16:05:50

散装805 发表于 2015-6-1 15:42
没功率因数校正电路，负载轻的情况下，功率因数范围从0.5到0.65都有吧，满载功率因数能上0.78。
你输出11 ...

我是用三位半的数字万用表测的输入电流。效率90多感觉不大可能，估计是哪里有问题，功率因数只有0.6这么少的吗。

我又测试了一下把负载换成54欧的电阻，经测量输入电流12.5mA，输入电压299V。输出电压10.9V。
如果加上功率因数算的话，效率应该挺好了吧。

dalarang · 发表于 2015-6-1 16:07:20

散装805 发表于 2015-6-1 15:42
没功率因数校正电路，负载轻的情况下，功率因数范围从0.5到0.65都有吧，满载功率因数能上0.78。
你输出11 ...

我是用三位半的数字万用表测的输入电流。效率90多感觉不大可能，估计是哪里有问题，功率因数只有0.6这么少的吗。

我又测试了一下把负载换成54欧的电阻，经测量输入电流12.5mA，输入电压299V。输出电压10.9V。
如果加上功率因数算的话，效率应该挺好了吧。

散装805 · 发表于 2015-6-1 16:27:45

dalarang 发表于 2015-6-1 16:07
我是用三位半的数字万用表测的输入电流。效率90多感觉不大可能，估计是哪里有问题，功率因数只有0.6这么 ...

还是感觉你测试数据有问题，你的输入电压是指哪个电压？

dalarang · 发表于 2015-6-1 16:34:59

散装805 发表于 2015-6-1 16:27
还是感觉你测试数据有问题，你的输入电压是指哪个电压？

经过整流后的直流电压。
用万用表DC1000V档位量的。

dengxiaofeng · 发表于 2015-6-1 16:41:51

300V 当然是整流后的电压了!

gzhuli · 发表于 2015-6-1 16:51:32

变压器不止是绕对圈数就行的，需要用LCR测量并调整气隙，使初级电感量达到计算值（误差10%以内）。
调试可以用纸在磁芯两侧垫气隙，量产一般是磨中柱，这样EMI会小一些。

LM1876 · 发表于 2015-6-1 16:58:57

hanbreen 发表于 2015-6-1 14:16
不要用TVS，用102/1000V电容和100K——200K/1W电阻并联代替试试。TNY266 D端峰值越小，电阻阻值可以越大 ...

有一些资料上说用TVS要优于RC组合

gzhuli · 发表于 2015-6-1 17:03:07

另外，TNY26x这个片子和UC384x这些传统PWM控制器不同，它的工作条件是靠芯片内部设定和变压器参数两者配合，换了功率更大的芯片必须同时更换变压器。

dalarang · 发表于 2015-6-1 17:04:15

gzhuli 发表于 2015-6-1 16:51
变压器不止是绕对圈数就行的，需要用LCR测量并调整气隙，使初级电感量达到计算值（误差10%以内）。
调试可 ...

大师你好，感谢你前几天推荐的变压器型号。

我手上没有LCR测量的设备，我现在是在磁芯中间垫几层绝缘胶带，然后手动调节磁芯距离，再辅以万用表查看输入电流大小。

以输出电压不变的情况下，输入电流达到最小时的气隙当作最佳气隙是否可以。

gzhuli · 发表于 2015-6-1 17:06:19

LM1876 发表于 2015-6-1 16:58
有一些资料上说用TVS要优于RC组合

TVS效率略高于RC，但成本也高。

gzhuli · 发表于 2015-6-1 17:14:57

dalarang 发表于 2015-6-1 17:04
大师你好，感谢你前几天推荐的变压器型号。

我手上没有LCR测量的设备，我现在是在磁芯中间垫几层绝缘胶 ...

变压器是开关电源最关键的器件，参数不对就没法达到设计指标，建议买一个LCR，搞开关电源必须的，这钱不能省，尤其是你对开关电源还不是很熟。

LM1876 · 发表于 2015-6-1 17:19:40

gzhuli 发表于 2015-6-1 17:03
另外，TNY26x这个片子和UC384x这些传统PWM控制器不同，它的工作条件是靠芯片内部设定和变压器参数两者配合 ...

这类集成了功率管的IC不都是这样的么？想换功率大，它的功率管电流也不够啊，但向下兼容就没问题吧？比如楼主这个电路，如果想要2W的换个EE10的变压器，芯片应该不用换了的吧?

turf456 · 发表于 2015-6-1 17:24:55

气隙还是别乱垫了，要边测边调。最次也得用个带测电感的万用表啊。更好的仪器先不谈。

gzhuli · 发表于 2015-6-1 17:26:52

LM1876 发表于 2015-6-1 17:19
这类集成了功率管的IC不都是这样的么？想换功率大，它的功率管电流也不够啊，但向下兼容就没问题吧？比如 ...

TNY266是类似34063的芯片，是on/off控制的，不是PWM，每个周期判断反馈脚高于阈值就导通，不高于阈值就不导通，芯片内部设定了峰值电流，导通后等初级电流上升到限流阈值再关断，功率是由内部限流值和变压器共同决定的，所以换器件必须同时调整变压器参数。

mcu5i51 · 发表于 2015-6-1 17:30:35

电流测试,没有高速有效值电流表的话自己想想办法,比如先把输入的AC全桥后滤波,得到一个300V左右的DC电压,手上的滤波电容用大些的,比较稳定,可以少些误差;之后再接上开关电源电路,这样的话电路就成了电流表前后都有电容的电路了,可以得到一个相对准确的电流值了,测得的是一个DC电流,计算时要按照直流电压计算;

LM1876 · 发表于 2015-6-1 17:32:28

gzhuli 发表于 2015-6-1 17:26
TNY266是类似34063的芯片，是on/off控制的，不是PWM，每个周期判断反馈脚高于阈值就导通，不高于阈值就不 ...

这么一说就明白多了，那传统的反激变压器设计公式对于这类芯片还有用不？

gzhuli · 发表于 2015-6-1 17:37:10

本帖最后由 gzhuli 于 2015-6-1 17:38 编辑

LM1876 发表于 2015-6-1 17:32
这么一说就明白多了，那传统的反激变压器设计公式对于这类芯片还有用不？ ...

大致上还是按峰值电流模式计算就可以（知道输出功率、输入电压、峰值电流、开关频率这几个参数，初级电感量就可以确定了），只是限流值由IC型号决定而不是外部采样电阻决定。不过PI有计算工具，这种傻瓜IC没必要自己操心。

LM1876 · 发表于 2015-6-1 17:48:13

gzhuli 发表于 2015-6-1 17:37
大致上还是按峰值电流模式计算就可以（知道输出功率、输入电压、峰值电流、开关频率这几个参数，初级电感 ...

多谢解答，我也是最近才接触开关电源设计的。拆了好几个国产30W以下的反激变压器成品（不是大品牌的）就发现，它们的匝变比大多在6左右，而我计算出来的大多在7~8，也就是说相同的输入电压范围、相同的频率下，那些成品变压器初级匝数都要比我算的要少15~25%左右，不知道是不是我的计算方式的问题。还有就是绝大部分资料都是用Vmin来算，而一些又说用Vmax来算更安全，这就不知取舍了。

gzhuli · 发表于 2015-6-1 18:34:26

LM1876 发表于 2015-6-1 17:48
多谢解答，我也是最近才接触开关电源设计的。拆了好几个国产30W以下的反激变压器成品（不是大品牌的）就 ...

峰值电流模式一般是按Vmin来算初级电感量，因为初级电流最大值出现在Vmin和Pmax的时候。
匝比主要是和反激峰值电压有关，匝比越低初级峰值电压越低，对开关管的耐压要求更低，但次级匝数反而会更多，各有取舍吧。
至于初级匝数比你计算的少这个和匝比是两回事，或许是Bm参数取得更大而已，因为国产开关电源通常都不是按长时间满负荷工作来计算的。

fengxin32 · 发表于 2015-6-2 01:10:20

设计合理，变压器绕的好，原边的反压会很小，我以前做的TOP250，算上尖峰才180V不到，TVS基本不动作，温升很低。不过，如果TVS和变压器的质量不能保证，还是RC吧。

fengxin32 · 发表于 2015-6-2 01:13:45

原边匝数少，是因为他们把磁通和反射电压取得很高。相当的不安全。

MyAVR · 发表于 2015-6-2 03:26:13

长见识了。

newbie · 发表于 2015-6-2 10:29:47

提示: 作者被禁止或删除内容自动屏蔽

linghu886 · 发表于 2015-6-24 13:24:30

我也是在学习中呀，搞不定这些东西。

[求助]做了个12V 3W的开关电源发现效率极低

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