基于TPS28225功率MOS半桥电路测试
▌01 半桥功率板
设计功率MOS半桥驱动板是为了实现 100W无线充电方案 用于 第十六届全国大学生智能车竞赛 中的信标组无线充电功率输出。
在 测试半桥电路 TPS28225，NCP3420驱动MOS半桥 中测试了TPS28225驱动高速 AOT254L 。
在后面的实验中，对于 TPS28225 工作条件进行测试：
- 工作电压：数据手册给出工作电压：4.5V ~ 8.8V;
- 驱动信号峰值：数据手册给出的数值为： 2.0 ~ 13.2V .
- 输入输出信号信号延迟；
最后，测量对于 功率线圈（来自于电磁炉） 的LC谐振，以及功率输出测试。
▌02 测试电路板
1.实验电路设计1
▲ 实验电路原理图
▲ 单面板快速制版电路图
2.电缆组装和初步测试
（1）组装后电路板
注：MOS前面的消振电阻，阻值为：27欧姆。
▲ 组装后的实验电路板
（2）工作电压测试
根据 TPS28225数据手册 记录数据，TPS28225工作电压在4.5V~8V。下面通过测量输出电压，来判断TPS28225是否工作。
输入信号参数：
- 频率：10kH，占空比=50%
- 峰值：0 ~ 5V
MOS半桥的电压：12V。
▲ 输入信号与MOS管电路输出信号
逐步提高TPS28225的工作电压（2 ~ 5V），测量模块的输出的平均电压。测量结果如下：
▲ 工作电压vs模块输出电压
实际测量可以看到，TPS28225的工作电压大于3.6V，它便可以正常输出工作了。
（3）输入信号幅值
测试目的，主要证实该芯片是否可以使用3.3V ARM芯片驱动。
从1V逐步提高输入信号到5V，测量输出信号的平均值。输入信号的频率和占空比仍然是与前面相同。
▲ 输入信号幅值与输出信号
可以到到实际上当输入信号大于 1.8V 之后，输出便出现了6V（对应占空比50% 的方波信号），TPS28225可以很好的正常的被触发了。
在1.75V~ 2V 之间输出电压有一些波动，对于这个问题出现的源于未详。
通过测试，可以知道该芯片可以直接使用 3.3V ARM单片机的IO驱动。
3.电路性能测试
（1）输入输出动态测试
▲ 测量输出输入之间的波形延迟
在输出为空载的情况下，测量输入输出波形之间延时情况。
下面是上升沿之间的情况，延迟大约为150ns。
▲ 上升沿波形
下面是下降沿之间的延迟，延迟大约是100ns。
▲ 下降沿波形
（2）电路频率与空载损耗
电路空载损耗随着频率增加而变化。下面测量不同频率下电路的空载损耗。
测量方案：
- 输入信号：幅值0 ~ 5V，占空比50%；
- 输入信号频域： 10kHz ~ 1MHz；
- MOS半桥工作电压12V，有DH1766供电，读取输出电压。
▲ 500kHz下输入与输出信号
注意： 下图在测量的时候，示波器的探头没有很好局部接地。
▲ 1MHz输入输出波形
下图是测量实验电路板在不同频率下的空载功耗电流。
- 随着输入频率增加，空载电路近似线性增加；
- 在频率超过750kHz之后，电流增速略微下降。
具体原因是什么呢？
▲ 工作频率与空载电流
setf=[10000.00,20000.00,30000.00,40000.00,50000.00,60000.00,70000.00,80000.00,90000.00,100000.00,110000.00,120000.00,130000.00,140000.00,150000.00,160000.00,170000.00,180000.00,190000.00,200000.00,210000.00,220000.00,230000.00,240000.00,250000.00,260000.00,270000.00,280000.00,290000.00,300000.00,310000.00,320000.00,330000.00,340000.00,350000.00,360000.00,370000.00,380000.00,390000.00,400000.00,410000.00,420000.00,430000.00,440000.00,450000.00,460000.00,470000.00,480000.00,490000.00,500000.00,510000.00,520000.00,530000.00,540000.00,550000.00,560000.00,570000.00,580000.00,590000.00,600000.00,610000.00,620000.00,630000.00,640000.00,650000.00,660000.00,670000.00,680000.00,690000.00,700000.00,710000.00,720000.00,730000.00,740000.00,750000.00,760000.00,770000.00,780000.00,790000.00,800000.00,810000.00,820000.00,830000.00,840000.00,850000.00,860000.00,870000.00,880000.00,890000.00,900000.00,910000.00,920000.00,930000.00,940000.00,950000.00,960000.00,970000.00,980000.00,990000.00,1000000.00]
cdim=[0.00,0.01,0.01,0.01,0.01,0.01,0.01,0.01,0.01,0.01,0.01,0.01,0.01,0.01,0.01,0.01,0.01,0.01,0.01,0.02,0.02,0.02,0.02,0.02,0.02,0.02,0.02,0.02,0.02,0.02,0.02,0.02,0.02,0.02,0.02,0.02,0.02,0.03,0.03,0.03,0.03,0.03,0.03,0.03,0.03,0.03,0.03,0.03,0.03,0.03,0.03,0.03,0.03,0.03,0.03,0.03,0.04,0.04,0.04,0.04,0.04,0.04,0.04,0.04,0.04,0.04,0.04,0.04,0.04,0.04,0.04,0.04,0.04,0.04,0.04,0.05,0.05,0.05,0.05,0.05,0.05,0.05,0.05,0.05,0.05,0.05,0.05,0.05,0.05,0.05,0.05,0.05,0.05,0.05,0.05,0.05,0.05,0.05,0.05,0.05]
▌04 功率线圈谐振
1.线圈和谐振
线圈使用 手边的电磁炉功率输出线圈 ，根据 电磁线圈参数测量 ，线圈的电感参数为：
- 电感：: L0=93.4μHL_0 = 93.4\mu HL0=93.4μH
- 串联电阻：R0=2.12ΩR_0 = 2.12\OmegaR0=2.12Ω
（1）参数确定
根据博文 苹果手机无线充电频率 测量结果，发现它的充电频率为是360kHz，选择其一半（180kHz）作为谐振频率。根据LC串联谐振公式：fo=12πL0C0f_o = {1 \over {2\pi \sqrt {L_0 C_0 } }}fo=2πL0C01
可以知道所需要配置谐振电容为：
C0=1(2πf0)2L0C_0 = {1 \over {\left( {2\pi f_0 } \right)^2 L_0 }}C0=(2πf0)2L01
根据：f0=180kHz,L0=93.4×10−6Hf_0 = 180kHz,\,\,L_0 = 93.4 \times 10^{ - 6} Hf0=180kHz,L0=93.4×10−6H
可以计算出：C0=1(2π×180×103)2×93.4×10−6=8.37nFC_0 = {1 \over {\left( {2\pi \times 180 \times 10^3 } \right)^2 \times 93.4 \times 10^{ - 6} }} = 8.37nFC0=(2π×180×103)2×93.4×10−61=8.37nF
（2）电容选择
由于谐振电压很高，组成谐振所使用的电容使用C0G（NP0）高压高频电容。根据 C0G(NP0) 电容的耐压测试 中的测试，可以知道这些电容的击穿电压接近1000V。而不同的表贴电容的耐压之后100V左右。
下面从龙邱公司寄送过来的C0G电容样品，包括三种：1、2.2、5.6nF。使用它们三个的并联组成串联谐振电容，电容容量：C0=1+2.2+5.6=8.9nFC_0 = 1 + 2.2 + 5.6 = 8.9nFC0=1+2.2+5.6=8.9nF
▲ 从龙邱公司寄送过来的C0G电容样品
对应实际谐振频率：
f0=12π93.4×10−6×8.9×10−9=174.562kHzf_0 = {1 \over {2\pi \sqrt {93.4 \times 10^{ - 6} \times 8.9 \times 10^{ - 9} } }} = 174.562kHzf0=2π93.4×10−6×8.9×10−91=174.562kHz
2.测试方案
（1）交流信号测量
使用上面的功率模块，输出扫频信号，驱动线圈与LC串联电路。使用 DM3068树苣万用表测量谐振交流电压信号。根据 博文如何使用万用表测量随机噪声 中对于DM3068相应频率的测量，可以知道它至少对于500kHz之内的频率信号输出相应都是平坦的。
下面是当时测量DM3068频率响应曲线。
（2）谐振电路制作
利用 粘贴铜箔简易实验电路制作 制作测试电路板。
▲ 简易实验电路板
测量焊接之后的并联电容容量：
- 独自测量：12.12nF
- 增加DM3068万用表之后：12.53nF
3.测量数据
（1）测量电路和波形
测量电路如下图所示：
▲ 测量电路
在谐振附近电感上的波形：
▲ 线圈上的电压波形
（2）母线电压：6V
下图分别是测量得到的谐振电压与母线电流曲线。从中可以看到谐振频率大约为172.4kHz。
▲ 频率与谐振电容上的电压
▲ 频率与功率电流
（3）母线电压12V
由于电源DH1766的输出电流限制在1A，所以在下面测量中，可以看到在谐振是，当母线电流超过1A时，输出电流受限，输出的电压也下降。
▲ 频域与电容谐振电压
▲ 频域与母线电流之间的关系
（3）占空比为25%，母线电压12V
为了降低输出谐振电流，使用占空比为25%的方波驱动，对应的输出电压和母线电流如下：
▲ 占空比为25%时，谐振左右时线圈电压波形
▲ 频率与电容谐振电压
▲ 频率与母线电压
（4）占空比与谐振电压与母线电流
设置频域为172kHz，测试不同的占空比与谐振电压与谐振电流之间的关系。
为了避免DH1766输出限流的影响，将母线电压调至6V。
▲ 占空比与谐振电容电压
▲ 占空比与母线电流
理论上分析上述结果：
对于周期为TTT，高电平为τ\tauτ，占空比为Duty=τTDuty = {\tau \over T}Duty=Tτ，幅值为1，的方波信号。它的第一个基波幅值为：E1=τTSa(τ⋅πT)=Duty⋅Sa(π⋅Duty)E_1 = {\tau \over T}Sa\left( {{{\tau \cdot \pi } \over T}} \right) = Duty \cdot Sa\left( {\pi \cdot Duty} \right)E1=TτSa(Tτ⋅π)=Duty⋅Sa(π⋅Duty)
绘制出的曲线为：
▲ 占空比与第一谐波幅值之间的关系
对比前面测量得到的结果，可以看到整体趋势是相似的。只是遗留下一个问题： 为什么测量曲线不是很光滑呢？
将第一谐波平方之后（实际上，对应着谐波电流，电流在串联电阻上的功率等于电流的平方乘以串联电阻），对应消耗的功率，它与直流电源的输出电流成正比。绘制出来如下图，这与前面测量结果曲线相同。
▲ 将幅值平方绘制成曲线
setf=[5.00,5.91,6.82,7.73,8.64,9.55,10.45,11.36,12.27,13.18,14.09,15.00,15.91,16.82,17.73,18.64,19.55,20.45,21.36,22.27,23.18,24.09,25.00,25.91,26.82,27.73,28.64,29.55,30.45,31.36,32.27,33.18,34.09,35.00,35.91,36.82,37.73,38.64,39.55,40.45,41.36,42.27,43.18,44.09,45.00,45.91,46.82,47.73,48.64,49.55,50.45,51.36,52.27,53.18,54.09,55.00,55.91,56.82,57.73,58.64,59.55,60.45,61.36,62.27,63.18,64.09,65.00,65.91,66.82,67.73,68.64,69.55,70.45,71.36,72.27,73.18,74.09,75.00,75.91,76.82,77.73,78.64,79.55,80.45,81.36,82.27,83.18,84.09,85.00,85.91,86.82,87.73,88.64,89.55,90.45,91.36,92.27,93.18,94.09,95.00]
vc=[23.59,27.91,32.00,34.50,38.82,42.67,44.76,48.20,51.70,54.78,57.68,63.74,67.20,72.09,79.21,82.12,87.03,88.74,94.89,98.28,100.65,102.98,105.76,114.46,115.65,122.42,122.23,125.60,126.42,129.81,130.47,133.41,136.46,144.34,145.50,145.80,151.41,152.44,154.11,156.09,156.89,157.15,158.08,160.27,159.49,158.15,160.87,163.51,164.06,160.84,157.53,161.41,158.07,157.78,157.73,155.59,155.45,155.37,156.24,156.60,154.82,153.53,150.14,148.42,146.12,143.92,141.70,139.92,137.54,135.25,132.86,129.14,126.49,123.14,120.15,117.12,113.76,111.06,106.20,102.67,98.61,93.18,91.11,86.97,83.14,78.46,72.20,68.03,64.95,60.06,54.52,49.62,45.26,37.76,20.91,18.93,16.88,14.90,12.84,10.76]
cdim=[0.02,0.03,0.04,0.04,0.05,0.06,0.07,0.08,0.09,0.10,0.12,0.13,0.15,0.17,0.19,0.20,0.22,0.24,0.26,0.28,0.30,0.31,0.33,0.37,0.38,0.41,0.42,0.44,0.45,0.48,0.49,0.51,0.53,0.56,0.57,0.58,0.62,0.63,0.64,0.65,0.66,0.67,0.68,0.69,0.69,0.68,0.70,0.71,0.72,0.70,0.69,0.71,0.69,0.69,0.68,0.67,0.67,0.66,0.66,0.66,0.65,0.63,0.61,0.60,0.59,0.57,0.55,0.54,0.52,0.50,0.48,0.46,0.44,0.42,0.40,0.38,0.36,0.35,0.32,0.30,0.28,0.26,0.24,0.22,0.20,0.18,0.16,0.15,0.13,0.12,0.10,0.09,0.08,0.06,0.04,0.03,0.03,0.02,0.02,0.02]
▲ 占空比为95%时线圈谐振波形
▌结论
1.测量中存在的问题
在测量过程中，会发现TPS28225在使用过程中存在以下问题：
- 对于上桥臂Boost（自举）电容CB的容量需要提高到10uF，这一点在 测试半桥电路 TPS28225，NCP3420驱动MOS半桥 通过实验证明；
- 输入PWM信号在占空比、频率不适合的时候，容易使得输出信号消失。猜测是由于TPS28225内部保护电路起到作用。具体原因不详。
后面通过在博文 基于HIP6601的MOS的半桥电路测试 对比一下与TPS28225管脚和功能相同的HIP6601是否具有相同的问题。详细请参见基于HIP6601的MOS的半桥电路测试 中的测试结果。
■ 相关文献链接:
- 100W无线充电方案文献调研 - 信息HUB
- 第十六届全国大学智能汽车竞赛竞速比赛规则
- 测试半桥电路 TPS28225，NCP3420驱动MOS半桥
- AOT254L
- TPS28225数据手册
- 第十六届的无线信标-2021-线圈参数测试和仿真
- 拆解电磁炉一款
- 苹果手机无线充电板外部电磁场测试
- C0G(NP0) 电容的耐压测试
- 如何使用万用表测量随机噪声
- 粘贴铜箔简易实验电路制作
- 基于HIP6601的MOS的半桥电路测试
▌附录
1.测量TPS28225工作电压程序
#!/usr/local/bin/python
# -*- coding: gbk -*-
#============================================================
# TEST1.PY -- by Dr. ZhuoQing 2021-01-18
#
# Note:
#============================================================from headm import *
from tsmodule.tsstm32 import *
from tsmodule.tsvisa import *dp1308open(110)setv = linspace(2, 5, 50)
outv = []for v in setv:dp1308p25v(v)time.sleep(1)meter = meterval()outv.append(meter[1])printff(v, meter)tspsave('measure', setv=setv, outv=outv)plt.plot(setv, outv)
plt.xlabel("Work Voltage(V)")
plt.ylabel("Output(V)")
plt.grid(True)
plt.tight_layout()
plt.show()printf('\a')#------------------------------------------------------------
# END OF FILE : TEST1.PY
#============================================================
2.测量输入信号幅值程序
#!/usr/local/bin/python
# -*- coding: gbk -*-
#============================================================
# TEST2.PY -- by Dr. ZhuoQing 2021-01-18
#
# Note:
#============================================================from headm import *
from tsmodule.tsvisa import *
from tsmodule.tsstm32 import *dg1062open()setv = linspace(1, 5, 50)
outv = []for v in setv:dg1062volt(1, v)dg1062offset(1, v/2)time.sleep(1)meter = meterval()outv.append(meter[1])printff(v, meter)tspsave('inputv', setv=setv, outv=outv)plt.plot(setv, outv)
plt.xlabel("Input(V)")
plt.ylabel("Output(V)")
plt.grid(True)
plt.tight_layout()
plt.show()#------------------------------------------------------------
# END OF FILE : TEST2.PY
#============================================================
3.测量频率与功耗的程序
#!/usr/local/bin/python
# -*- coding: gbk -*-
#============================================================
# FREQ2POWER.PY -- by Dr. ZhuoQing 2021-01-18
#
# Note:
#============================================================from headm import *
from tsmodule.tsvisa import *dg1062open()
setf = linspace(10000, 1000, 100)
cdim = []for f in setf:dg1062freq(1, f)time.sleep(1)curr = dh1766curr()cdim.append(curr)printff(f, curr)tspsave('meas', setf=setf, cdim=cdim)dg1062freq(1, 10000)
plt.plot(setf, cdim)
plt.xlabel("Frequency(Hz)")
plt.ylabel("Current(A)")
plt.grid(True)
plt.tight_layout()
plt.show()#------------------------------------------------------------
# END OF FILE : FREQ2POWER.PY
#============================================================
4.测量频率与谐振电压、母线电流、以及占空比的关系
#!/usr/local/bin/python
# -*- coding: gbk -*-
#============================================================
# TESTRESONANCE.PY -- by Dr. ZhuoQing 2021-01-18
#
# Note:
#============================================================from headm import *
from tsmodule.tsvisa import *dm3068open()
dg1062open()dg1062freq(1, 172000)
dg1062duty(1, 50)
setf = linspace(5, 95, 100)
vcdim = []
cdim = []for f in setf:dg1062duty(1, f)time.sleep(1)acv = dm3068vac()curr = dh1766curr()vcdim.append(acv)cdim.append(curr)printff(f, acv, curr)tspsave('meas', setf=setf, vc=vcdim, cdim=cdim)plt.plot(setf, vcdim)
plt.xlabel("Duty(%)")
plt.ylabel("AC(V)")
plt.grid(True)
plt.tight_layout()
plt.show()#------------------------------------------------------------
# END OF FILE : TESTRESONANCE.PY
#============================================================
实验电路AD工程文件:AD\SmartCar\2021\WirelessBeacon\TPS28225 ↩︎
基于TPS28225功率MOS半桥电路测试相关推荐
- 基于HIP6601的MOS的半桥电路测试
▌01 半桥MOS实验 1.背景 为了设计 全国大学生智能车竞赛 中的的信号节能组的信号源,使用 MOS半桥 驱动 无线节能信标组的线圈. 关于比赛规则请详见:< 第十六届全国大学智能汽车竞赛竞 ...
- 测试TI高速MOS驱动芯片 TPS28225 伴随着MOS半桥
▌01 TPS28225 N-MOS驱动芯片 TPS28225 是TI公司给出的高速功率驱动芯片.它带有自适应的死区自适应控制. ▲ 典型应用电路 ▌02 实验电路 1.建立元器件库 根据典型应用电路 ...
- 测试半桥电路 TPS28225，NCP3420驱动MOS半桥
▌01 TPS28225驱动半桥MOS电路 ⊙ 相关链接: 测试TI高速MOS驱动芯片 TPS28225 伴随着MOS半桥 MOSFET驱动器汇总 : 单个N-CHANNEL,半桥,全桥,3项桥 1. ...
- 半桥llc 增益 matlab程序,“狠”完整的LLC谐振半桥电路分析与计算！
原标题:"狠"完整的LLC谐振半桥电路分析与计算! 完整的LLC谐振半桥电路分析与计算 一.概述 在传统的开关电源中,通常采用磁性元件实现滤波,能量储存和传输.开关器件的工作频率越 ...
- Instability Analysis and Oscillation Suppression of Enhancement-Mode GaN Devices--GaN半桥电路中不稳定分析
几种GaN半桥电路中存在的问题 (1)PWM信号失真 图1 PWM信号失真 由于较高的dv/dt会通过信号电路和功率电路的寄生电容,使PWM信号发生失真,PWM信号失真,会使GaN错误的开通和关断. ...
- 电磁炉的三种工作形式_单管电路_半桥电路和全桥电路
电磁炉的核芯电路是一个变频电路,即将50或60Hz的低频市电转换成20kHz的高频电供给感应线圈来产生高频磁场,使金属锅具在磁场作用下产生涡流而发热.目前电磁炉变频电路的主要形式有三种:单管电路.半桥 ...
- 经验分享：半桥电路的工作原理及注意问题（转载）
在PWM和电子镇流器当中,半桥电路发挥着重要的作用.半桥电路由两个功率开关器件组成,它们以图腾柱的形式连接在一起,并进行输出,提供方波信号.本篇文章将为大家介绍半桥电路的工作原理,以及半桥电路当中应该 ...
- 经验分享：半桥电路的工作原理及注意问题
在PWM和电子镇流器当中,半桥电路发挥着重要的作用.半桥电路由两个功率开关器件组成,它们以图腾柱的形式连接在一起,并进行输出,提供方波信号.本篇文章将为大家介绍半桥电路的工作原理,以及半桥电路当中应该 ...
- 全桥电路与半桥电路如何连接在一起
1.ADC采集器内部使用的是半桥电路 通过通断测量分析: ADI-实际与AC24-/COM供电引脚连通 2.模拟量变送器内部使用全桥电路 通过分析: AV-与DC24-相连通 3.错误的电路连接:(上 ...
最新文章
- iOS超全开源框架、项目和学习资料汇总：UI篇
- 如何运用NLP向个性类型客户介绍产品
- centos mysql拒绝连接失败_CentOS下mysql远程连接的失败的解决方法
- (chap6 Http首部) 通用首部字段 Cache-Control
- python中一个汉字点3个字节？ utf-8
- 做过《战神》《死亡搁浅》的光子动捕专家，怎么理解动捕？
- 记录工作中第一次解决bug的小事
- 算法系列教程04 - 算法相关的基础概念
- python 3d大数据可视化软件_十大顶级大数据可视化工具推荐
- 《碟中谍5》中惊鸿一瞥的步态识别技术，究其神在哪里？
- 年龄与疾病（信息学奥赛一本通-T1106）
- 关于模型分箱，最容易被忽略的这几点
- 解决npm npm does not support Node.js
- 点石成金：访客至上的网页设计秘笈pdf
- cordova 美洽_phonegap-cordova-美洽客服插件-ios
- 刘欣《码农翻身》之动态代理读后感
- uni-app修改页面背景色:
- 长安大学计算机控制技术期末试题,长安大学汽车理论期末试卷及答案
- 时间计算题100道_B5 小学二年级数学100以内加减法口算计算题横式电子版3600道题 直接打印...
- A newer version of WinPcap (internal version 10.2.0.5002) is already installed on this machine 问题解决