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技術帖:做一款摩托車燈電源

本人第一次發帖,先從簡單的基本架構BUCK做起吧,更新時間上好把控,后續慢慢地再做復雜的、大功率的電源。進入正題,本次準備開發一款用于摩托車燈的電源,因為有電壓轉換還要使用按鍵來切換各種模式,所以可能稱其車燈控制器更為合適,參數介紹如下:

輸入電壓:12-15V(鉛酸蓄電池)

輸出:6V5A每路,總計6路

輸出路數:左近光,右近光,左遠光,右遠光,左霧燈,右霧燈

功能:1.輸入端防反接;2.低待機功耗,即電池供電的時候斷開電源,發電機工作的時候才接通電源(使用ACC線);3.按鍵功能:三個按鍵切換模式(什么功能待定)

在選擇方案的時候我在兩個方案之間猶豫過,方案1:12V-15V轉7V恒壓輸出(燈珠電壓典型值6V,實際測試是6.5V左右),然后6路中分別串入電阻R限流,實際輸出電流=(7V-Vf)/R,然后使用MOSFET控制導通占空比,優勢是成本低,整體體積小,劣勢是燈珠電流控制不精確,不同批次燈珠Vf不同導致輸出電流差異大;方案2:使用6路恒流輸出的方案,優劣勢和方案1正好相反。(如果朋友們有更好的方案,歡迎推薦)

最終我還是覺得方案2做出來逼格高一些,控制更精準。控制芯片型號選擇國產歐創芯OC5021B,該芯片支持PWM調光,電感、電容等元器件都選擇立創商城上可以買到的,我真的很喜歡立創這個平臺,打板買料很方便,在此給它做個廣告。

芯片規格書鏈接:

C842717_OC5021B_2020-10-13.PDF

MCU規格書鏈接:

C124948_HR7P169BFGTF_2017-09-12.PDF

第一版原理圖:

原理圖PDF.pdf

敬請期待接下來的器件選型與Layout。

4月22日更新:

糾正一個上貼中的描述錯誤—功能:1.輸出端防反接,應為—功能:1.輸入端防反接。

本帖繼續介紹器件選型計算。

附件為計算文檔

選型計算文檔.pdf

全部回復(38)
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gaohq
LV.8
2
2022-04-19 20:32

OC5021的驅動能力如何?

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2022-04-20 14:42

臺灣遠翔LED驅動調光IC一級代理了解下。

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#回復內容已被刪除#
4
#回復內容已被刪除#
5
2022-04-21 22:47

我寫了很多公式,可惜不能直接復制粘貼,哈哈。

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2022-04-21 22:50
@ysws13823373125
臺灣遠翔LED驅動調光IC一級代理了解下。

是否有類似方案可以推薦下

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2022-04-22 10:46
@gaohq
OC5021的驅動能力如何?

DRV腳接500pF電容上升時間還能保持50ns,說明驅動能力應該還可以的

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2022-04-26 11:59
@勤勞善良的高
是否有類似方案可以推薦下

老板,方便加下VX嗎?

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2022-05-02 22:14
@勤勞善良的高
我寫了很多公式,可惜不能直接復制粘貼,哈哈。

5月2日更新:

本次更新PCB layout,板子尺寸100mm*100mm,四角放置固定孔,其中一角放置接地焊盤。

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2022-05-06 09:42

 

原理圖,我下載下來了,分享給大家

 

 

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#回復內容已被刪除#
12
#回復內容已被刪除#
13
2022-09-27 15:25
@勤勞善良的高
5月2日更新:本次更新PCBlayout,板子尺寸100mm*100mm,四角放置固定孔,其中一角放置接地焊盤。[圖片][圖片][圖片][圖片][圖片]

樓主,你好,看了你選型文檔,寫的很精彩,我有個疑惑,OC5021B芯片給出了固定關斷時間可以算出C2容值,進而求得Toff=1.3us。我用BPA8506(晶豐明源)芯片,采用buck拓樸結構,輸入175-265VAC,輸出24VDC/0.5A,規格書上沒有寫關斷時間等信息,功率電感的感量怎么計算呢?

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2022-09-28 11:10
@東漢集團
樓主,你好,看了你選型文檔,寫的很精彩,我有個疑惑,OC5021B芯片給出了固定關斷時間可以算出C2容值,進而求得Toff=1.3us。我用BPA8506(晶豐明源)芯片,采用buck拓樸結構,輸入175-265VAC,輸出24VDC/0.5A,規格書上沒有寫關斷時間等信息,功率電感的感量怎么計算呢?

你好,BPA8506的datasheet上給的信息很少,總的來說各家芯片差異很小,遵循的公式相同。可參考:

http://www.daogou-taobao.cn/eestar/article-5574.html

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2022-09-28 13:23
@勤勞善良的高
你好,BPA8506的datasheet上給的信息很少,總的來說各家芯片差異很小,遵循的公式相同。可參考:http://www.daogou-taobao.cn/eestar/article-5574.html

感謝樓主回復,就按BPA8506規格書上提供的信息,按你選型文檔所列的公式來算功率電感,你會怎么算呢?Ton、Toff怎么來求?求教樓主。

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2022-10-08 09:50
@東漢集團
感謝樓主回復,就按BPA8506規格書上提供的信息,按你選型文檔所列的公式來算功率電感,你會怎么算呢?Ton、Toff怎么來求?求教樓主。

1.根據最低輸入電壓及輸出電壓計算占空比D,

2.取開關頻率fs=30KHZ(規格書中要求頻率不大于45KHZ),

3.得出Ton=D/fs,Toff=(1-D)/fs.

后面的公式套用就可以了。

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2022-10-08 14:09
@勤勞善良的高
我寫了很多公式,可惜不能直接復制粘貼,哈哈。

樓主,如下選型計算文檔截圖所列R1計算過程,Vin電壓為什么取10V?你設計的輸入電壓是12V啊。

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2022-10-08 15:30
@東漢集團
樓主,如下選型計算文檔截圖所列R1計算過程,Vin電壓為什么取10V?你設計的輸入電壓是12V啊。

我的思路是考慮設計余量,如果設計在12V電壓點處啟動,元器件誤差可能會導致有些控制器啟動不了。啟動電壓是這樣的設計的原因,其實還可以根據啟動電流來設計,使用典型輸入電壓12V,啟動電流選擇在1.2*Istmin~0.8*Istmax范圍內,這樣計算也可以。

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2022-10-10 17:16
@勤勞善良的高
我的思路是考慮設計余量,如果設計在12V電壓點處啟動,元器件誤差可能會導致有些控制器啟動不了。啟動電壓是這樣的設計的原因,其實還可以根據啟動電流來設計,使用典型輸入電壓12V,啟動電流選擇在1.2*Istmin~0.8*Istmax范圍內,這樣計算也可以。

樓主,你好,BPA8506規格書中提到MOS開通時間要>=650ns,我重新計算了一下,算出來的電感量達到了5.8mH,怎么會這么大?不知是否我算的不對。計算過程我貼圖上來。

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2022-10-11 08:53
@東漢集團
樓主,你好,BPA8506規格書中提到MOS開通時間要>=650ns,我重新計算了一下,算出來的電感量達到了5.8mH,怎么會這么大?不知是否我算的不對。計算過程我貼圖上來。[圖片]

因為你取的電感紋波電流小,所以計算出來的電感量大,BPA8506不一定工作在CCM模式,建議按照BCM計算,▲IL取2Iout,然后再作微調。

另外Ton應該按照Vout/(Vin*fs)來計算。

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2022-10-11 20:18
@勤勞善良的高
因為你取的電感紋波電流小,所以計算出來的電感量大,BPA8506不一定工作在CCM模式,建議按照BCM計算,▲IL取2Iout,然后再作微調。另外Ton應該按照Vout/(Vin*fs)來計算。

樓主好,▲IL2Iout計算,感量為561.6uH,計算過程如貼圖。我有三處問題不解,(1)規格書中強調當Iout>0.5*ILIMT_MAX電感需要工作于CCM模式,▲IL2Iout是BCM模式的計算條件,BCM模式下計算的電感工作于CCM模式會不會出問題?另外規格書中還注明按規格書所列公式計算時,ILIMT_MAX取下限值,即640mA。設計要求的輸出500mA>0.5*ILIMT_MAX=320mA,按規格書所說電感應該工作于CCM模式啊。(2)經常算變壓器知道,輸入最低時,變壓器工況越惡劣。buck電感卻在最高輸入下計算,有什么特殊原因嗎?(3)電感紋波電流計算值與實際測得值相符嗎?第一次做buck方案,不清楚電感的計算環節。樓主指點一二,小弟萬分感謝!

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2022-10-17 17:16
@東漢集團
樓主好,▲IL取2Iout計算,感量為561.6uH,計算過程如貼圖。我有三處問題不解,(1)規格書中強調當Iout>0.5*ILIMT_MAX電感需要工作于CCM模式,▲IL取2Iout是BCM模式的計算條件,BCM模式下計算的電感工作于CCM模式會不會出問題?另外規格書中還注明按規格書所列公式計算時,ILIMT_MAX取下限值,即640mA。設計要求的輸出500mA>0.5*ILIMT_MAX=320mA,按規格書所說電感應該工作于CCM模式啊。(2)經常算變壓器知道,輸入最低時,變壓器工況越惡劣。buck電感卻在最高輸入下計算,有什么特殊原因嗎?(3)電感紋波電流計算值與實際測得值相符嗎?第一次做buck方案,不清楚電感的計算環節。樓主指點一二,小弟萬分感謝![圖片][圖片]

抱歉,這些天沒看論壇,回復晚了。

1.按照規格書來看,是工作在CCM模式的,之前你按照10%的紋波率所以計算出來電感量很大,建議按照20%~40%紋波率去計算,這樣電感量小很多。

2.BUCK電路在最高輸入電壓下,占空比最小,峰值電流最大,所以此時計算的電感量為最小值,選型時選擇的電感量大于此值。

3.理論計算與實際測試有誤差,但是誤差不大。根據你的實測數據去反推理論計算也是能夠吻合的。

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2022-10-21 10:32
@勤勞善良的高
抱歉,這些天沒看論壇,回復晚了。1.按照規格書來看,是工作在CCM模式的,之前你按照10%的紋波率所以計算出來電感量很大,建議按照20%~40%紋波率去計算,這樣電感量小很多。2.BUCK電路在最高輸入電壓下,占空比最小,峰值電流最大,所以此時計算的電感量為最小值,選型時選擇的電感量大于此值。3.理論計算與實際測試有誤差,但是誤差不大。根據你的實測數據去反推理論計算也是能夠吻合的。

樓主客氣了,您能回復我已經萬分感激了。你的選型計算文檔(如截圖1)我又仔細的看了一遍,當按10%紋波電流來算時,K取值為0.2(因為紋波是上下波動,紋波率取10%時,即相當于紋波電流波動幅度為20%,K按紋波電流波動幅度來取值;依些類推,當紋波率按20%~40%計算時,K值取0.4~0.8,不知對否);如截圖2所列公式,在BCM模式下,K取值為2,是不是在BCM模式下,K取值固定為2啊。

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2022-10-21 13:49
@東漢集團
樓主客氣了,您能回復我已經萬分感激了。你的選型計算文檔(如截圖1)我又仔細的看了一遍,當按10%紋波電流來算時,K取值為0.2(因為紋波是上下波動,紋波率取10%時,即相當于紋波電流波動幅度為20%,K按紋波電流波動幅度來取值;依些類推,當紋波率按20%~40%計算時,K值取0.4~0.8,不知對否);如截圖2所列公式,在BCM模式下,K取值為2,是不是在BCM模式下,K取值固定為2啊。[圖片][圖片]

這里有個紋波的定義需要明確一下,紋波是p-p值,所以我文檔里寫錯了,紋波20%即K=0.2。

CCM模式下可以選擇合適的紋波,紋波與電感量兩者需要折中考慮,計算時取K=0.2-0.4。BCM模式下,看波形就可以推導,K是等于2的。

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lishuai110
LV.4
26
2022-10-21 14:22

期待繼續更新

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2022-10-21 16:10
@勤勞善良的高
這里有個紋波的定義需要明確一下,紋波是p-p值,所以我文檔里寫錯了,紋波20%即K=0.2。CCM模式下可以選擇合適的紋波,紋波與電感量兩者需要折中考慮,計算時取K=0.2-0.4。BCM模式下,看波形就可以推導,K是等于2的。

假設紋波電流40%時,即K=0.4,算得電感感量為2.8mH。剛剛我找原廠要了一份Demo資料,Demo輸入AC175-265V,輸出DC24V/0.5A,電路圖與電感參數如截圖1、截圖2。Demo資料顯示電感N1繞組感量為1mH,原廠設計有點特殊,他將電感分為兩個繞組,且只測N1繞組的感量(因手上無實物,無法將兩個繞組串聯起來測實際感量;依經驗估摸著兩個繞組串聯起來感量應該也就1.3mH左右)。我算得感量2.8mH,Demo總感量1.3mH(姑且認為這么多)也能正常工作在CCM模式,感量相差1.5mH,差異為啥那么大,我還有哪個地方沒有考慮到啊。求樓主解惑,小弟跪謝。

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2022-10-21 16:12
@lishuai110
期待繼續更新

技術上的問題多請教,多交流才能進步地快,也期待你能積極參與討論。相互學習,相互提高。

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2022-10-22 20:25
@東漢集團
假設紋波電流40%時,即K=0.4,算得電感感量為2.8mH。剛剛我找原廠要了一份Demo資料,Demo輸入AC175-265V,輸出DC24V/0.5A,電路圖與電感參數如截圖1、截圖2。Demo資料顯示電感N1繞組感量為1mH,原廠設計有點特殊,他將電感分為兩個繞組,且只測N1繞組的感量(因手上無實物,無法將兩個繞組串聯起來測實際感量;依經驗估摸著兩個繞組串聯起來感量應該也就1.3mH左右)。我算得感量2.8mH,Demo總感量1.3mH(姑且認為這么多)也能正常工作在CCM模式,感量相差1.5mH,差異為啥那么大,我還有哪個地方沒有考慮到啊。求樓主解惑,小弟跪謝。[圖片][圖片]

第一次看到這樣的原理圖,T1A不知道什么作用。

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dy-n66BzSV7
LV.6
30
2022-10-23 15:43

需要增加隔離解決方案么

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2022-10-23 16:52
@勤勞善良的高
第一次看到這樣的原理圖,T1A不知道什么作用。

謝謝樓主回復,我自己再結合你發的資料消化一下。祝樓主工作開心,生活愉快!

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