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参赛作品《240W高功率密度高效LLC电源》

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发表于2018-06-20 21:57:31 | 显示全部楼层
1# 电梯直达

【报名阶段需要填写的内容】


1. 参赛者姓名(必填项):

余勇


2. 单位或学校名称(选填项):

NC


3. 当前职务或职称(选填项):

工程师


4. 参赛作品的名字(必填项):

240W高功率密度高效LLC电源


5. 简要陈述您的idea和作品(必填项):

    输入电压为90-264Vac(47-63Hz);输出电压为24Vdc,输出电流为10A,

总功率240W;目标效率大于等于93%;其体积尽量小。


6. 拟用到的立创商城在售物料(必填项):

KBL608(C3079) 

120uF 450V(C206153)

STTH3R06S(C155619

TK380P60(C150118

BSC037N08NS5ATMA1(C194555

EL1019(C79883)

TL431(C113312)

680uF 25V(C176310

330uF 25V(C160677

47uF 35V(C99831

47nF(473) ±5% 630VDCC178463

UF4007-US1M(C142446)

CD4148WSP(C53365

NTC 热敏电阻 / 100KΩ(C92368

R080(C76253)

NTC 5D-7(C5385)

10D471K(C8760)

T2A/250V(C24687)

X2安规电容 470nF(C165728


7. 拟用到的非立创商城物料或其它补充(必填项):

TEA19161、TEA19162、TEA1995以及磁性元器件等。


8. 拟用到的EDA工具软件名称(必填项):

立创EDA或AD17


【作品正式发表(报名成功后进入设计阶段)需要填写的内容】


一、作品简介

例如,可以包括但不局限于以下内容:

1.作品的整机外观图片或焊接组装好的PCBA图片;

 点击查看大图

 点击查看大图



2.作品的研究背景、目的和功能、市场应用前景;

     随着电源技术的发展,其电源的设计逐渐向小型化高功率密度高效率方面;原来这方面的产品主要

应用于军工和航天,随着技术的进步和普及也逐渐向民用产品推进。本次设计的目的是设计一款高密度

高效率的电源,其主要采用PFC+LLC+SR的架构,其目前的功率是恒压输出;面向AC-DC领域,其应用场合

就非常广泛了,只要更改相应的输出电压就可以应付目前市面上大多数的AC-DC电源了。

3.作品在创新性、趣味性、实用性甚至公益性方面,有哪些亮点可体现?

   该设计的主要特点体现在于小体积、高功率密度、高效率这些方面;做到了90-264Vac全电压输入,

适用于全球各地区电压使用。进一步缩小了体积,降低了发热,方面于携带或者安装;同时也为节能方

面做了一点贡献。


二、系统构架图

用流程图或思维导图等形式,描述您的作品的组成构架,即方案图。

 点击查看大图

三、硬件部分的描述

1.附上原理图&PCB实物图的图片或者源文件(官方建议大家尽量用源文件上传),如果是图片,请确保图片是清晰可辨的;

   点击查看大图 

原理图和PCB。

 点击查看大图


2.用文字把该作品的实现原理、系统的工作过程大致讲解一下。

    市电输入经过EMI滤波整流,就到PFC升压,采用的是BOOST型APFC;稳压输出400V直流;

400V直流经过LLC拓扑功率变换得到需要的交流电压,然后通过同步整流,整流滤波;输出

取样,进行闭环反馈,控制LLC变换器,输出一个稳定的直流电压。


3.注明所用到的EDA工具软件名称并附上设计链接。

    采用AD17绘制电路图,并且实现了立创EDA无缝导入。

工程文件链接:https://lceda.cn/154600/240w-gao-gong-shuai-mi-du-gao-xiaollc-dian


四、材料清单(BOM列表)

列出您这个作品所用到的主要器件(关键器件即可),比如单片机&ARM芯片、专用集成芯片(ASIC)、传感器、功能模块等。

如果所列出的芯片是来自我们立创商城上的,最好能写出该器件的商品编号或附上对应购买链接。

U2-TEA19161NXP--点击NXP了解--

U1-TEA19162NXP

U3-TEA1995(NXP

BD1-KBL608(C3079--点击编号购买--

CK1-120uF 450V(C206153

D1/D2-STTH3R06S(C155619

Q1/Q3/Q4-TK380P60(C150118

Q2/Q5-BSC037N08NS5ATMA1(C194555

PH1-EL1019(C79883

U4-TL431(C113312

C7/C8-680uF 25V(C176310

C9-330uF 25V(C160677

CH3-47uF 35V(C99831

CK2/CS2-47nF(473) ±5% 630VDCC178463

DH1/DH2/DH3/DH4-UF4007-US1M(C142446

D3/DG1/DG2/DG3-CD4148WSP(C53365

TR2-NTC 热敏电阻 / 100KΩ(C92368

RS2-R080(C76253

TR1-NTC 5D-7(C5385

VDR1-10D471K(C8760

FS1-T2A/250V(C24687

CX1-X2安规电容 470nF(C165728

上面列出的是电源关键元器件,其他元器件详见如下附件:

240W高功率密度高效LLC电源BOM.pdf 


五、软件部分的描述(选填)

如果您的作品涉及到软件,请列出作品对应的软件工作流程图,及关键部分的例程、源码(如果您想开源的话请上传全部源码)。

纯硬件设计,无需软件。


六、作品演示

请上传您的作品的功能演示到腾讯视频并编辑到本楼(或附上视频链接)。按要求上传视频可获得10分,具体详见活动规则。

视频测试链接:https://v.qq.com/x/page/s0761aly1ik.html


七、总结

例如您在完成该作品过程中的一些体会、碰到的技术问题或调试经验、作品的未来规划,及对我们主办方的建议和意见等。

记得是赶在报名末班车买的票6月20日,一转眼就快过去两个月了;由于在职工作,一直也比较忙,所以做这个电源也是断断续续的搞,有时间了就弄弄,所以一直拖到现在才基本完成;最初也是在电源网上看到有大师在做这方面的模块电源,平时自己也爱折腾电源,所以就准备折腾折腾。这个电源一起做了两个版本,第一版是基于UCC28019/L6599/TEA1995的,由于PFC待机功耗过高,所以放弃了;第二版就是现在这个版本,基于NXP的TEA19161/TEA19162/TEA1995的,这个芯片是目前还比较流行的电流模式的LLC,其待机功耗也可以做的比较低,各方面的保护也很齐全。

其实在设计之初就预想到了谐振参数的调整了,LLC电源不是用计算的数据就能做的完美的,综合考虑后,果断采用了串联谐振电感的方式来设计,而不是采用主变压器的漏感来设计;主要从调试方便,分散主变压器的热量,以及减少主变压器的体积等考虑。这样做就避免了调试的时候不断拆解变压器繁琐环节;同时也避免了变压器干扰的问题。最开始调试的时候是没有调整到最佳工作状态(f=fr),帖子里面也有相关讲解,想了解的朋友可以看看楼下详解;后天通过调整变压器匝比,以及微调输入输出电压,完美的解决了这一问题。

该电源调试已经基本完成了,接下来就是再优化一下效率方面,以及配备一个合适的外壳,进行灌胶散热,这样一个模块电源就基本完成了。接下来就是磁性元器件进行打样,进行小批量试产,如果没有什么问题,就准备投放市场。

在此感谢各网友的意见和建议,感谢立创提供的平台和机会,也感谢立创工作人员的辛劳付出,在此对您们说一声:您们辛苦了!!意见基本没有,建议就是希望今后这论坛做的更好,论坛可以进行分版区,同时将一些网友设置为版主(类似于电源网、21电源网这样的模式),这样论坛就会更加有活力了。



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发表于2018-06-29 09:50:21   |  显示全部楼层
13#
真的好大,做pfc了吗

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发表于2018-06-29 12:43:01   |  显示全部楼层
15#
发表于2018-06-29 10:52:10  14# 感谢光临;其设计架构是EMI+PFC+LLC+SR;目前暂定功率是100W,实际功率以调试为准。
亲,友情提示,llc做100w的功率有点太小了

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发表于2018-06-29 21:44:09   |  显示全部楼层
17#
发表于2018-06-29 17:54:55  16# 感谢回复;只是第一次做这么小的体积,心里没底,所以暂定这个功率;后续调试会根据实际情况在确定最终功率。

说实话,PFC一加,这个体积就小不下来了啊。还不如想想方案不加PFC就能作到100w的呢。PFC+LLC 100w的功率实在是获得不了体积优势。



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发表于2018-06-29 22:41:40   |  显示全部楼层
19#
发表于2018-06-29 21:50:15  18# 其实,我做这个不是为了100W这个功率等级才用PFC+LLC的拓扑的;主要是想玩下高功率密度以及高效率;目前是暂定100...

如果我是你直接上1000w,这个也不会比你做的大多少,还有你既然追求体积小为什么要用这种躺式的变压器,不用PQ变压器,高度限制并不理由哦,因为很多电容都会比你的变压器高哦。而且做llc没人考虑轻薄的。因为轻薄在体积上会失去优势



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发表于2018-07-04 10:18:02   |  显示全部楼层
28#
发表于2018-07-03 11:51:28  27# PCB已经发LC打样,敬请期待!
恭喜你PCB绘制完成,现在就到了最关键的祈祷时间了,祈祷不炸,我和你一起祈福^_^

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发表于2018-07-04 10:21:23   |  显示全部楼层
29#
efd的变压器功率密度远低于PQ或者RM为啥一定要用efd磁芯呢?

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发表于2018-07-11 17:38:33   |  显示全部楼层
35#
发表于2018-07-11 08:52:42  34# 贴片部分的元件已经焊接完成了,接下来就是插件部分了;由于PFC电感和谐振电感还有变压器都要手工绕制,所以花的时间会长一点...
上电了吗?一切都好吗

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发表于2018-07-11 21:35:24   |  显示全部楼层
38#
发表于2018-07-11 20:50:35  37# 插件方面也基本焊接好了;现在就差电感和变压器了;上班比较忙,预计要周末才有时间绕制了。
说实话看了你的板子我担心安规和担心耐压测试

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发表于2018-07-11 21:44:42   |  显示全部楼层
39#
发表于2018-07-11 20:45:31  36# 变压器方面还没有搞好;预计周末可以上电测试吧。
你做了多少次电源了。有机会我们聊聊加我微信49662411

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发表于2018-07-12 10:25:00   |  显示全部楼层
42#
发表于2018-07-12 08:30:25  40# 你说的这些我都知道;现在的目标是能实现功能,其他的那些测试后续再慢慢优化了。
看看你的选料就知道你的功底了。还有你电源的布线。都能知道

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发表于2018-07-12 11:26:01   |  显示全部楼层
43#
发表于2018-07-12 08:42:57  41# 如果要说次数就记不清了,因为刚上大学就开始玩这东西了;现在毕业又好多年了。
好奇你的变压器和电感是怎么设计的,能分享一下吗?

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发表于2018-07-13 22:16:32   |  显示全部楼层
47#
你在变压器设计的时候,就应该有一个预估功率的吧。和实际上电后的功率差的远吗?

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发表于2018-07-13 22:32:36   |  显示全部楼层
48#
L1是fpc用的,L2是LLC的电感,EFD的主变压器是为了超薄。因为三个磁芯太占用线路板面积了。我算是想明白了。LLC还是大功率更有优势啊。功率小了体积一点优势都没有啊

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发表于2018-07-14 12:30:15   |  显示全部楼层
51#
发表于2018-07-14 10:50:02  49# 会按功率大一点来计算的。
我用pi的工具,算出来多少,测试结果就是多少,已经很少有不确定的东西了

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发表于2018-07-14 12:31:11   |  显示全部楼层
52#
发表于2018-07-14 10:51:15  50# 玩电源这东西,怎么玩都可以的;做商业品就不一样了,扣了再扣。
我可是按照商业产品设计的哦,要考虑批量生产的哦 加我微信啊49662411,希望深度交流,LLC是电源设计里面的明珠了。能做的都是牛逼的人。

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发表于2018-07-17 20:44:38   |  显示全部楼层
55#
发表于2018-07-17 20:20:44  54# 当然帮公司设计产品,肯定要这样做了;但是做一些特种的电源就不一样了,比如军用的等。目前LCC也是比较火的一个拓扑,有兴趣...
我当然知道,但是我公司需要的电源都是要做3电平的

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发表于2018-07-23 21:48:52   |  显示全部楼层
57#
发表于2018-07-23 19:45:28  56# 这段时间在忙着指导大学生比赛,所以一直没有时间来更新了;比赛结束还有一个月了,得抓紧时间了。
你是大学教授啊?

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发表于2018-07-24 21:50:57   |  显示全部楼层
59#
发表于2018-07-24 20:21:42  58# 今天用了点时间绕制了PFC电感;采用0.1*30的漆包线绕制40T,辅助绕组0.3绕制4T;目前电感量还没有调节。
我好奇你是怎么算的

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发表于2018-07-29 07:04:50   |  显示全部楼层
62#
发表于2018-07-28 22:04:12  60# 根据经验随便算的。
不教我,你好坏5555

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发表于2018-07-30 09:48:30   |  显示全部楼层
68#
发表于2018-07-30 09:14:54  67# 这是放进外壳的;其中共模电感有点偏高,需要更换小一点的磁环。
可以选择没有底座的共模电感,甚至pcb镂空一小块,让共模电感陷下去

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发表于2018-08-05 23:08:17   |  显示全部楼层
72#
发表于2018-08-05 21:52:44  71# 目前发现不足的是,使用的PFC芯片其待机功耗方面有些偏高;时间来得急的话,会更换其他IC来设计。
待机功耗设计之初,就应该能计算了啊

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发表于2018-08-05 23:10:38   |  显示全部楼层
73#
发表于2018-08-05 21:44:59  69# 目前用的已是没有底座的了;倒是不需要这么麻烦了,直接用小一点的磁环就差不多了。
共模电感你也是自己做的啊?如果单纯的缩小磁环,即使电感值相同,特性也会有所改变的

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发表于2018-08-07 11:07:41   |  显示全部楼层
79#
发表于2018-08-06 22:42:30  78# 更换了PFC和LLC控制IC,重新撸了一块板子;已经打样了。
加油啊~~~~~~~~~~~~~~~~

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发表于2018-08-10 13:10:33   |  显示全部楼层
82#
发表于2018-08-05 21:46:44  70# 周末有时间了,上电调试了;目前对PFC部分已经调试的差不多了;LLC部分使用低压直流调试也基本没有问题了。
愿意分享一下变压器的设计吗?

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发表于2018-08-10 21:35:55   |  显示全部楼层
84#
发表于2018-08-10 21:12:10  83# 过段时间会整理,到时候一起发出来的。
我想学你怎么设计三个变压器的手段,pfc 还有llc的电感,最后是llc的变压器

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发表于2018-08-12 09:18:44   |  显示全部楼层
89#
发表于2018-08-11 22:19:58  88# 这是对高压输入满载输出时的PFC测试;从上图功率分析仪上可以看到,这时的PF值为0.939(理论上讲应该0.98以上才算...
完全两个不同象限的设计啊。小功率电源根本不需要pfc,也没有谐振电感,谐振波形计算。让我大开眼界。不过这个设计确实做小功率电源,还是没有体积优势啊。效率也不高,40w 效率94% 200w效率93%还没小功率的效率高,不过LLC的设计真心让我开眼界了。只可惜现在90%出货的电源都是小功率的flyback结构的。我很想玩玩LLC谢谢你多教教我

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发表于2018-08-13 11:27:28   |  显示全部楼层
96#
发表于2018-08-13 08:43:51  95# 整过LLC电源的也飘过(电源我也接触,别介意),楼主用外置电感做LLC谐振电感比较好出产品,我做的时候是用LLC主变压器...
又是一个大师啊!!!

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发表于2018-08-13 11:31:09   |  显示全部楼层
97#
发表于2018-08-12 21:19:28  90# 是啊,两个完全不一样的设计;所以没有必要放在一起比较,如果比的话就没有意思了;师傅啊,谁说功率越大效率就越高的啊,完全不...

沈洁kokoro 发表于 2018-08-12 09:18:44  89#完全两个不同象限的设计啊。小功率电源根本不需要pfc,也没有谐...

是啊,两个完全不一样的设计;  认同

所以没有必要放在一起比较,如果比的话就没有意思了;认同

师傅啊,谁说功率越大效率就越高的啊,完全不是那么回事; 不认同

商业化的东西就是这样了,成本扣了再扣,99%反激出货都不奇怪;认同

看看人家军工电源或模块电源是不是反激出货,所以不同产品面对不同消费领域。认同


我们学的时候,教科书就说了,功率越大,控制电路占的损耗比就越低,效率就越高。而且考虑到需要控制功率器件发热,就需要用更好的器件。LLC这类拓扑就是为了控制超大功率电源,发热无法控制所以才为了提升效率降低发射而研发出来的



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发表于2018-08-13 13:56:34   |  显示全部楼层
99#
发表于2018-08-13 13:14:09  98# 不是大师,有项目要求,然后实际做过这些项目,所以积累了一些经验,LLC资料非常多,网上一大堆,而且入门也容易,难点是带漏...
你戳到了楼主的痛点~~~~~~~~~~~~~楼主是想追求体积小的,但是为啥要用独立的电感,我很想听听楼主是怎么考虑这个问题的

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发表于2018-08-13 14:14:53   |  显示全部楼层
103#
发表于2018-08-13 14:10:55  102# 按您这个思路来讲,人家上千瓦,几十千瓦的效率都要大于100%了。。。。
无限接近100%  否则发热控制不了啊。别抬杠啊

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发表于2018-08-13 15:11:03   |  显示全部楼层
105#
发表于2018-08-13 14:17:44  104# 不是这样的,各有各的好处的;我这样做的目的有几个的:一就是方便调试;二就是均衡散热;三就是尽量减小主变。比如:同样用EF...

理解,讲的非常有道理,不过现在的240w比你原先设计的200w目标多做了40w,可以考虑尝试一下,缩减一下功率到200w,然后把电感做进去。会是一个很不错的主意哦


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发表于2018-08-13 21:55:27   |  显示全部楼层
107#
发表于2018-08-13 20:11:36  106# 感谢您的意见和建议;目前就做成这样了,后续有时间了会做这样一个版本的。
其实非常感谢你,因为,其实这个比赛最值钱的并不是奖金也不是名词,而是能从你们这些同行哪里学到大量知识,交到大量朋友,这才是最宝贵了。2w块钱,一个项目就回来了不是吗?知识是无价的,朋友是一辈子的

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发表于2018-08-15 14:20:24   |  显示全部楼层
109#
发表于2018-08-14 21:17:17  108# 活到老学到老。
从新看了你的帖子,做的真心不错啊。不过看电路,你应该是换过一次控制器了吧

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发表于2018-08-15 22:17:35   |  显示全部楼层
111#
发表于2018-08-15 20:13:01  110# 是的,更改过方案的;在一楼的总结里面有说明了。
算是很大改动了,之前的方案放弃掉很不容易啊,说明你的经验非常丰富啊

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发表于2018-08-17 11:10:29   |  显示全部楼层
113#
发表于2018-08-16 20:19:10  112# 最终实物照片;放大后基本可以看清元器件的型号;周末会进行一次彻底的测试和测量,相关的波形图片也会相应贴出来;测试视频也会...
我只说一句,我想要pfc电感,llc电感,llc变压器的计算方法,我想学

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发表于2018-08-19 14:03:26   |  显示全部楼层
119#
发表于2018-08-17 22:19:21  114# 其实是这样的,PFC电感按照常规的计算就可以了的,DCM和CCM用不同公式即可;但是我现在很少用公式去计算了,都是用经验...
感觉太没有安全感了,我现在基本都是pi的工具,计算值就是实际结果值,之间相差很少很少,非常可靠。pi这一点还是做的很牛逼的说啦

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发表于2018-08-19 23:40:06   |  显示全部楼层
120#
发表于2018-08-19 13:11:34  115# 这是昨天测试中拍摄的热成像图;其中最热点还是PFC得MOS管62.7度左右(环境温度30度左右);其次是同步整流MOS;...
93%的效率下240w就是有16.8w的发热,主要热量源在哪里都会很烫的

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发表于2018-08-20 15:29:43   |  显示全部楼层
122#
发表于2018-08-20 09:28:47  121# 不都全部在那里的,只是贴片面的PFCMOS相对而言温度比较高而已;插件面也有损耗啊。
关键问题就是主要发热量在哪里?好奇的是全功耗下面,主要发热如何散热?

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发表于2018-08-20 17:04:04   |  显示全部楼层
124#
发表于2018-08-20 15:37:02  123# 据目前观测,主要还是在磁芯元器件和PFCMOS这几个位置;前面有谈到,这个是做成模块电源的,也就是会进行灌胶处理,通过灌...

今天结束,整个比赛基本就会定下来了。大家都得等结果了的说啊



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发表于2018-08-21 08:43:34   |  显示全部楼层
126#
发表于2018-08-21 08:29:54  125# 是啊,看来都是冲着奖金来的。
我是冲着学知识,交朋友来的,2w的奖金太少了,一个项目都不到啊。知识能让你赚到钱,朋友的价值是无穷的。如果有缘我们一起去深圳,我请大家吃饭。

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发表于2018-08-23 10:48:57   |  显示全部楼层
129#
发表于2018-08-23 10:44:29  128# 感谢您的关注,后续再优化一下就可以了。
帮我设计的电源也去点评一下啊~~~~~~~~~

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发表于2018-08-24 10:22:03   |  显示全部楼层
131#
发表于2018-08-24 09:11:16  130# 之前有个240W的项目,本来想做成LLC,后来师傅竟然说LLC环路补偿模型还没解决,只好改成双管正激了
正确的解决方案,没有问题的,电源是求稳的项目,而不是求新的项目

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发表于2018-08-24 11:22:43   |  显示全部楼层
133#
发表于2018-08-24 11:08:54  132# 同意,基本上能得奖的都不会在乎这区区2W的,因为有这个能力的人,用其他方式挣2W更容易,主要是交些朋友,或者沟通一下想法...
问题是,我要见到你,也是需要缘分的啊~~~~~~~~~~~~

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发表于2018-08-24 21:48:30   |  显示全部楼层
134#
发表于2018-08-23 10:44:29  128# 感谢您的关注,后续再优化一下就可以了。
恭喜你进入十强,可惜小弟没法去了。不过依然感谢大家一起度过的时光

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发表于2018-08-25 22:34:26   |  显示全部楼层
137#
发表于2018-08-25 10:53:21  136# 当年像你一样着迷电源,仔细研究了一段时间的平面变压器,利用多层PCB当线圈,目的是做到超薄;可惜产业度不够,无法定制多层...
你把我想说的说出来了

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发表于2018-10-19 17:25:40   |  显示全部楼层
146#
发表于2018-10-04 00:17:48  145# 你好,我看你的板子右上角区域是市电输入部分吧,和其它部分隔了很远的距离,这个是先在丝印层画了一条隔离线,画完后再去掉的吗...
我的电源就是为了商业化做的啊,结果没评上,比赛这么干很吃亏的

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