最近买了几个拆机VFD显示屏,简单对几个供电引脚测量之后就随便找了个H桥芯片驱动VFD板上的变压器希望可以点亮VFD,结果以失败告终。

经过反复检查发现主要原因有两个,首先是在开启瞬间,高压电容充电会在H桥上产生峰值电流,导致H桥直接进入保护状态;其次就是USB线线损过大,原来设计的电路没有考虑到线损的影响导致输出电压偏低。

之前一直没有专门研究过开关电源的拓扑结构,Boost、Buck、电荷泵的思想深入人心,碰到问题第一反应就这三样。导致我甚至打算使用大功率H桥(10倍余量)+USB输入升压来进行弥补。原理图画了一半越想越不对劲,看拆机板上也没有这么多芯片,就用了一个变压器还是自激振荡的方式就可以解决的问题我硬生生要用三块功率芯片解决是不是太蠢了点。于是转头回来分析VFD板载的升压电路,经过整理就得到了下面这张图。

VFD升压整理

 

整理完之后突然想起来前两天在TI官网首页上看到的高效率隔离电源解决方案上貌似有相似的结构,遂查之。果然都有开关管驱动原级线圈,而原级线圈另一边接电源的应用。一开始看TI的方案还很是不解,竟然可以这么简单的进行电压转换,不会只是画了简图吧。没想到还没两天就给我碰上了真实的电路结构。

从电路结构看4脚是反馈,一方面产生自激,另一方面结合中间稳压管和下面电容电阻进行最简单的稳压操作,实际测试中输入输出抑制比可以达到6个dB,虽然相对于随便一个芯片起步40dB的抑制比这点都算不上抑制。但实际工作状态,USB适配器+线损最多也就波动0.5V,抑制之后0.25V基本上就没什么影响了。

下面简单看一下Flyback拓扑结构如下图所示:

Flyback示意图

由于之前DC-DC的了解仅限于单电感升降压和电荷泵,看到利用变压器还有如此多的玩法还很是新奇。下面着重列一下Flyback的几个公式,算是知识储备上的长进。最重要的是开关管耐压Vm,输入电压Vdc,输出电压Vo和匝比Np/Ns(原/次)的关系,由下式确定:

Vm = Vdc + (Np/Ns)(Vo+1)

其中+1相为补偿输出二极管的压降所产生,而Vm还需要额外提供0.3Vdc的漏感尖峰余量,并在此基础上再提供30%的裕度。至于其他的技术细节请参与TI应用笔记AN-2292 Designing an Isolated Buck (Fly-Buck) Converter。

在一番了解之后,决定自己搭个电路试验一下有没有问题,会不会还有什么地方没有注意到,于是就有了下面这块板子,点亮效果还不错,就是左上角区域有明显的老化,不过这块是老化最严重的,拿来做试验品烧了不心疼~

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最后提一下上图中出现的开关的作用,在驱动管前对地加一个开关短路三极管基极可以关闭显示这不用多说,重点在于使用这种方式开关VFD会出现老电视机那种中间先亮在扩散到两边的效果,关机倒序效果非常不错。实际设计中可以使用低内阻的NMOS来实现,例如最通用的SI2302就可以。

作为建站后的第一篇博文想想还是不要水的好,毕竟好的开端还是很重要的嘛,先到这,下次再见~