寬壓高效DCDC設(shè)計(jì)(DOC)

1、內(nèi)容摘要:本報(bào)告對(duì)寬壓高效DC-DC變換器的技術(shù)要求、設(shè)計(jì)方案、工作原理進(jìn)行了簡單的 闡述和分析， 并對(duì)各個(gè)主要模塊做了原理分析， 給出了關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)及元器件選取關(guān) 鍵參數(shù)設(shè)計(jì)及元器件選取。根據(jù)原理圖， 按兩個(gè)方案試制出輸出為15W/15V、15W/5V、30W/15V和30W/5V 模塊原理樣機(jī)， 測試結(jié)果顯示，按方案一實(shí)現(xiàn)的模塊問題較多，按方案二實(shí)現(xiàn)的模塊除了高低溫實(shí)驗(yàn)沒有做外，其他性能基本達(dá)到技術(shù)協(xié)議上的性能指標(biāo)。下面簡要說明一 下方案一存在的問題，15W輸出滿載時(shí)，在輸入電壓低于40V時(shí)，效率在85%左右，而 在高于40V時(shí)，效率會(huì)降低，當(dāng)輸入電壓為50V時(shí)，效率為80%,分析效率低的

2、原因會(huì) 在正文中敘述，這里不再贅述，解決辦法就是減少漏感和降低開關(guān)頻率，這樣會(huì)減小損 耗，故在下面的實(shí)驗(yàn)中擬15W中采用ER18的磁芯，最低工作頻率在80KHZ，在制作變 壓器中嚴(yán)格控制漏感。而30W輸出存在同樣的問題，故會(huì)在后面的實(shí)驗(yàn)中擬采用ER23的磁芯，最低工作頻率也在 80KHZ左右。主 題 詞更改欄更改單號(hào)更改日期更改人更改辦法寬壓高效DC/DC變換方案報(bào)告1 概述本報(bào)告根據(jù)寬壓高效 DC/DC 變換技術(shù)開發(fā)技術(shù)協(xié)議 ，對(duì)寬壓高效 DC/DC 變換模 塊的技術(shù)要求、設(shè)計(jì)方案、工作原理等方面進(jìn)行了相應(yīng)闡述和分析。此次研發(fā)涉及 4 種 DC/DC 模塊，分別為 15W 和 30W 兩個(gè)額

3、定輸出功率等級(jí)，每個(gè) 功率等級(jí)包括單路 5V 輸出、單路 15V 輸出模塊各 1種，也就是共設(shè)計(jì)四種類型的電源。其主要難點(diǎn) :(1) 寬輸入電壓范圍 12.550V；2)寬工作溫度范圍 -4585° ;(3) 外形尺寸較小，這樣對(duì)功率密度、效率和散熱三方面提出挑戰(zhàn) 4)低功耗，效率高。15W模塊：全輸入電壓范圍內(nèi)，常溫條件下，5V模塊滿載輸出時(shí)效率不低于 85%， 15V 模塊滿載輸出時(shí)效率不低于 88%；全輸入電壓范圍內(nèi)，常溫條件下， 5W 輸出時(shí)效率 不低于 75%，爭取達(dá)到 80% 。30W模塊：全輸入電壓范圍內(nèi)，常溫條件下，5V模塊滿載輸出時(shí)效率不低于 86% ,15V模塊滿

4、載輸出時(shí)效率不低于 90% ;全輸入電壓范圍內(nèi)，常溫條件下，15W輸出時(shí)效 率不低于 86% o因此本項(xiàng)目提出的三個(gè)新課題：全輸入范圍高效；低溫啟動(dòng)；高溫散熱；高功率密度。2 技術(shù)要求2.1 模塊類別涉及4種DC/DC模塊，分15W和30W兩個(gè)額定輸出功率等級(jí)，每個(gè)功率等級(jí)包括 單路 5V 輸出、單路 15V 輸出模塊各 1 種。以下如非特指，均為對(duì)各模塊的統(tǒng)一要求。2.2工作溫度范圍第5頁共19頁-45 C+85 C，無需額外散熱措施。2.3隔離要求輸入地、輸出地及二者與外殼間加 500V,絕緣電阻不低于100M Qo 輸入、輸出地間不加電容器。2.4結(jié)構(gòu)各模塊均采取封閉式結(jié)構(gòu)，金屬外殼封裝

5、。外形尺寸（暫定）及點(diǎn)定義分別見圖1.1和圖1.2,控制端低電平禁止。fmJn；1i1111 11 125 41ilH輸出2輸岀地3空腳4空腳5控制端6輸入疋7輸入負(fù)8外殼地圖1.115W模塊外形尺寸及點(diǎn)定義O1 2 1F4511109111 + #10.16X4(-40, 64)50S1輸入止0J控制端3負(fù)反饋I輸出地5輸出正6正反饋7S管瓷地9外同步端10r IX輸入負(fù)2.5輸入2.5.1 輸入電壓范圍圖1.230W模塊外形尺寸及點(diǎn)定義輸入電壓范圍12.5V50V，標(biāo)稱28V。2.5.2最大輸入電流阻性負(fù)載滿載啟動(dòng)時(shí)，最大輸入電流不超過穩(wěn)態(tài)輸入電流的2倍。2.5.3輸入紋波電流額定輸入電壓

6、、額定負(fù)載、穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，輸入紋波電流峰 -峰值不大于30mA，可通過 外接一級(jí) LC 差模濾波控制。2.5.4 兼容性要求兼容 GJB181A 相關(guān)要求及輸入電壓范圍內(nèi)的電壓浪涌要求。2.6 輸出除非特殊說明，本條所列指標(biāo)均要求在全輸入（12.5V50V）、全負(fù)載（空載滿載）、 全溫度范圍內(nèi)（-45C+85r）滿足。2.6.1 輸出功率啟動(dòng)時(shí)，在額定輸出功率基礎(chǔ)上，至少需保留 15%設(shè)計(jì)裕量（過載時(shí)間不超過 10s），驗(yàn)收時(shí)以額定值為準(zhǔn)。2.6.2 轉(zhuǎn)換效率15W模塊：全輸入電壓范圍內(nèi)，常溫條件下， 5V模塊滿載輸出時(shí)效率不低于 85%， 15V 模塊滿載輸出時(shí)效率不低于 88%；全輸入電壓范

7、圍內(nèi)，常溫條件下， 5W 輸出時(shí)效率 不低于 75%，爭取達(dá)到 80%。30W模塊：全輸入電壓范圍內(nèi)，常溫條件下，5V模塊滿載輸出時(shí)效率不低于 86%， 15V模塊滿載輸出時(shí)效率不低于90% ;全輸入電壓范圍內(nèi)，常溫條件下，15W輸出時(shí)效 率不低于 86% 。2.6.3 輸出電壓精度（電壓 /負(fù)載調(diào)整）5V 輸出穩(wěn)態(tài)電壓精度不超過 ±0.1V， 15V 輸出穩(wěn)態(tài)電壓精度不超過 ±0.2V。2.6.4 輸出電壓峰 - 峰值5V輸出時(shí)峰-峰值不大于75mV，紋波成分（不含開關(guān)高頻噪聲）不大于 30mV，無 開關(guān)頻率外的低頻振蕩；空載條件下，峰-峰值不大于150mV，紋波成分不超

8、過90mV。15V輸出時(shí)峰-峰值不大于100mV，紋波成分（不含開關(guān)高頻噪聲）不大于 30mV，無開關(guān) 頻率外的低頻振蕩；空載條件下，峰-峰值不大于150mV，紋波成分不超過90mV。其中：常溫條件下，在輸出端子根部靠測，示波器 20MHz帶寬，無外加電容，探頭X 1檔; 高低溫條件下,可在輸出線負(fù)載端測試,紋波幅值可不做要求,但要求無低頻振蕩。2.6.5 開機(jī)特性啟動(dòng)延時(shí)時(shí)間不超過30ms,輸出電壓建立時(shí)間應(yīng)不超過 20ms,輸出過沖電壓不超過額定輸出電壓的 5%。測試條件為：輸入電壓時(shí)間不大于1ms,滿載啟動(dòng)。2.6.6 負(fù)載階躍響應(yīng)輸出接電子負(fù)載，設(shè)置負(fù)載電流為額定輸出電流的50%75%

9、50%和25%50%25%階躍變化，階躍周期為1ms輸出電流爬升斜率為2.5A/US。輸出過沖電壓不超過額定輸出電壓的1% ;如輸出過沖電壓超過額定輸出電壓的 1%，恢復(fù)時(shí)間不應(yīng)超過500卩S。2.7 使能功能控制端懸空正常輸出，控制端接地或低電平（ 0V0.2V ）輸出截止。2.8 保護(hù)功能2.8.1 輸入過欠壓保護(hù)超出最高輸入電壓 10%時(shí)，過壓保護(hù)動(dòng)作;低于最低輸入電壓 10%時(shí)，欠壓保護(hù)動(dòng)作。保護(hù)發(fā)生后無輸出（體積允許情況下建議加，非必要）2.8.2 輸出過壓保護(hù)超過額定輸出電壓 15%時(shí)動(dòng)作，保護(hù)后無輸出（體積允許情況下建議加，非必要） 。2.8.3 輸出過流保護(hù)超過額定輸出電流 5

10、0%時(shí)動(dòng)作，保護(hù)后無輸出（體積允許情況下建議加，非必要） 2.8.4 輸出短路保護(hù)長時(shí)間短路不致?lián)p壞?？煽紤]打嗝方式，自動(dòng)或開機(jī)恢復(fù)（必要）2.9 電磁兼容要求重點(diǎn)滿足 GJB151A 中 CE101、CE102、RE101、RE102、CS106 等相關(guān)要求，可根 據(jù)北工大實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件完成相關(guān)考核，測試條件不具備的應(yīng)在設(shè)計(jì)過程中充分相關(guān)因 素。2.10 器材要求電阻、電容、磁性元件全部使用國內(nèi)軍品廠家產(chǎn)品，必要時(shí)可協(xié)助采購。變壓器推薦使用 4326廠的表貼式平面變壓器，相關(guān)參數(shù)固化后提要求，可協(xié)助采購。PCB 建議層數(shù)為雙層，最多不超過四層。外殼設(shè)計(jì)形式需雙方協(xié)商后確定。進(jìn)口半導(dǎo)體分立器件

11、和集成電路要求全部可實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化封裝， 前期設(shè)計(jì)即以國產(chǎn)化兼 容封裝布板。相關(guān)器件型號(hào)規(guī)格提前提出，與國內(nèi)軍品半導(dǎo)體器件供應(yīng)商確認(rèn)無誤后方可 進(jìn)行，元器件國產(chǎn)化替代工作同步進(jìn)行。初樣的進(jìn)口元器件和 PCB 由北工大負(fù)責(zé)，正樣 元器件和 PCB 由北工大負(fù)責(zé)， 慣性公司協(xié)助。3 方案選擇第 7頁 共 19頁3.1難點(diǎn)分析難點(diǎn)分析基本在概述中已經(jīng)闡述，下面針對(duì)每個(gè)問題解決辦法進(jìn)行說明:(1)寬輸入電壓范圍12.550V;當(dāng)輸入電壓為12.5V時(shí)電路能正常工作，必須選用低電壓啟動(dòng)控制芯片作為主控芯片;在輸入電壓大范圍變化時(shí)，保持輸出電壓的穩(wěn)定度，選擇合理的電流控制模式、強(qiáng)前向反 饋，必須采用峰值電流控

12、制。(2)寬工作溫度范圍-45-85° ;低溫啟動(dòng)(-45 C)問題：工業(yè)級(jí)IC器件的極限低溫-40r的，不能滿足要求，這樣要 求選擇合適的裸片進(jìn)行封裝。高溫散熱(85 C ):外形尺寸：25.4X25.4X10mm(1X1X0.4 inch)的表面積，用銅材, 1.8W的溫升近似等于18 C,取環(huán)境溫度為85 C時(shí)，開關(guān)管的結(jié)溫等于 85 C + 18 C=113 r。若選擇最高結(jié)溫等于150 r的開關(guān)管，則余量為37 r。在保證效率為88%的 條件下，采用銅材外殼和加灌導(dǎo)熱膠的方式可以滿足高溫運(yùn)行，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3.1所示:圖3.1模塊整體結(jié)構(gòu)示意圖導(dǎo)熱膠銅片導(dǎo)熱和絕緣功率器件

13、驅(qū)動(dòng)芯片第 11頁 共 19頁(3)外形尺寸較小，這樣對(duì)功率密度、效率和散熱三方面提出挑戰(zhàn)由于外形尺寸較小，這樣采用四層PCB布線，元器件采用雙面表貼安裝，變壓器也采用表貼變壓器；采用線圈控制同步整流管，去除傳統(tǒng)采用同步整流IC控制。(4) 低功耗，效率高。ESR 和 ESL;低損耗的高要做到損耗小，在遴選器件必須考慮以下幾方面：低損耗的控制芯片；均為較小的磁介電容；低損耗的 MOSFET管(低導(dǎo)通電阻、小的柵極電荷)頻磁芯；低損耗的整流器件，采用同步整流技術(shù)。3.2解決方法方案一：完全摒棄傳統(tǒng)的反饋技術(shù)，采用全新的控制芯片LT3748控制LT3748 的主要優(yōu)點(diǎn)為 :(1) 臨界導(dǎo)電模式 /

14、變頻控制。消除了整流二極管的反向恢復(fù)電流造成的損耗；由于臨界模式和變壓器漏感的作用開關(guān)管工作在 ZCS 開啟；開關(guān)管的輸出電容作用 開關(guān)管是 ZVS 關(guān)斷，故開關(guān)管無開關(guān)損耗，只有導(dǎo)通損耗；減少開關(guān)管輸出電容的功耗。(2)原邊電壓反饋技術(shù)，無需光耦或變壓器第三繞組和基準(zhǔn)電源 TL431; 提高效率和可靠 性，減少了非線性誤差、成本以及體積。(3) 提供低電壓驅(qū)動(dòng)， 7V 的驅(qū)動(dòng)電壓，大大減少了驅(qū)動(dòng)功率；與 15V 驅(qū)動(dòng)相比，驅(qū)動(dòng)功率 減小 3/4。(4)改電壓型誤差放大為跨導(dǎo)型誤差放大。優(yōu)點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)、響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性好不足：靜態(tài)誤差大， 調(diào)整率要求高的系統(tǒng)不能用； 輸入失調(diào)電壓和輸入偏

15、置電流特性差， 因此需要溫度補(bǔ)償技術(shù)， 而 LT3748 帶有溫度補(bǔ)償技術(shù)很好的解決了這個(gè)問題。(5) 峰值電流控制模式，可以滿足寬輸入電壓范圍：12.550V。采用COS技術(shù)，使得芯片的功耗很?。红o態(tài)工作電流為1.3mA.在最大電壓Vin=50V,功耗為 50X 1.3mA=65mW。(7)溫度補(bǔ)償技術(shù)：系統(tǒng)可在寬溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。即開環(huán)增益幾乎與溫度無關(guān)。這就是為什么芯片的測試溫度范圍為-50 °C -125 °C的原因。(8)輕載 DCM 工作模式， 減小空載和輕載的損耗。LT3748 的主要缺點(diǎn)為 :(1) 由于采用變頻控制，變壓器工作在臨界模式，電流峰峰值大，在

16、 MOS 關(guān)斷時(shí)電流會(huì)有 振蕩，故 MOS 的關(guān)斷損耗很大。(2) 由于變壓器工作在臨界模式，輸入電壓時(shí)工作頻率較低，輸入電壓高時(shí)工作頻率較高， 這樣在高輸入電壓時(shí)由 MOS 管的 DS 結(jié)電容引起的開關(guān)損耗會(huì)很大，而且變壓器的漏感也會(huì)增加 MOS 管的 DS 兩端電壓，這樣要實(shí)現(xiàn)寬范圍高效就很困難。(3) 由于變壓器工作在臨界模式，輸入電流的紋波會(huì)很大。(4) 由于上面的 3 個(gè)原因，在選擇工作頻率時(shí)越低越好，這樣要求磁芯會(huì)很大，體積會(huì)增 大。技術(shù)難點(diǎn)及解決方法：(1) 在高壓輸入時(shí)的效率問題是個(gè)難點(diǎn)。隨著輸入電壓的升高，工作頻率會(huì)增加，由 MOS 關(guān)斷電流振蕩及 MOS 管的 DS 結(jié)電容

17、引起的關(guān)斷損耗會(huì)增大，這樣很難滿足高壓輸入效率的要求。盡量增大磁芯，降低工作頻率，在原理樣機(jī)中 15W 采用 ER14.5 的磁芯，30W采用ER18的磁芯，為了提高效率擬在下一步實(shí)驗(yàn)中 15W采用ER18的磁芯，30W采用 ER23 的磁芯。(2) 同步整流驅(qū)動(dòng)問題是個(gè)難點(diǎn)。由于變壓器工作在臨界模式并且采用線圈控制同步整流驅(qū)動(dòng)MOS，若驅(qū)動(dòng)電壓過高造成有環(huán)流現(xiàn)象，使得效率變低；若驅(qū)動(dòng)電壓過低造成MOS 沒有完全導(dǎo)通，這樣會(huì)增加 MOS 的導(dǎo)通損耗。而由于變壓器繞線匝數(shù)較少( 般不會(huì)超 10匝)，這樣很難準(zhǔn)確的控制同步整流線圈的匝數(shù)。如果采用同步整流芯片控制同步整流管會(huì)增加損耗。這樣就要求我們

18、選取導(dǎo)通門檻電壓低的MOS，實(shí)驗(yàn)證明選取門檻電壓低的專用同步整流 MOS (1.2V28V),同步整流驅(qū)動(dòng)電壓一般要在 2.5和 3.5V 之間最佳。方案二:采用 ISL6843 為主控芯片設(shè)計(jì)， 主要在器件選取與工藝做深入的研究。 與傳統(tǒng)的 ISL6843 控制相比，主要在細(xì)節(jié)上做一些改動(dòng)：1)采用同步整流；峰值電流取樣采用變壓器取樣；采用推挽外接電源驅(qū)動(dòng)控制芯片； 現(xiàn)在市面上有采用 ISL6843 控制的模塊， 像臺(tái)灣 P-DUKE 公司生產(chǎn) LCD 系列產(chǎn)品， 其 技術(shù)指標(biāo)和本項(xiàng)目的相似， 均采用傳統(tǒng)的 TLV431 和光耦控制， 但是要在器件選取與制 作工藝上做深入的研究。同步整流管采

19、用線圈驅(qū)動(dòng)，無需外加控制IC。3.3 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及散熱和關(guān)鍵技術(shù)1)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)封閉式模塊電源主要由插針、 頂蓋、外殼和 PCB 零件構(gòu)成。由于外形尺寸較小， PCB安裝在封閉的銅殼體中，解決散熱的方式是采用銅基板和灌注導(dǎo)熱封膠，這樣熱量通過導(dǎo) 熱膠傳導(dǎo)散熱，通過銅外殼輻射散熱。結(jié)構(gòu)上采用 PCB 安裝在封閉的銅殼體中，殼中灌注導(dǎo)熱膠；解決好關(guān)鍵零件工藝問 題。由于采用多層板，良好的導(dǎo)熱特性保證整個(gè)電源板的溫度平衡，增強(qiáng)散熱效果，不至 于功率器件局部溫度過高，影響使用壽命和可靠性。( 2)關(guān)鍵零件工藝插針應(yīng)具有良好的焊接性和導(dǎo)電性， 通常采用黃銅H62或紫銅T2，且表面一般采用 鍍金作為防腐措施，以

20、提高插針的可焊性及導(dǎo)電性。殼體與頂蓋通常采用銅板折彎而成，四角縫隙不得大于0.2mm，表面處理采用氧化發(fā)黑處理即可，增加輻射散熱。(3) PCB設(shè)計(jì)工藝PCB設(shè)計(jì)對(duì)于灌膠模塊在布局時(shí)要考慮排氣孔，排氣孔的設(shè)計(jì)盡量在變壓器等大器件附近，開孔尺寸盡量大，最小直徑大于 2mm。PCB設(shè)計(jì)時(shí)內(nèi)層鋪銅盡量鋪滿，這樣有利于PCB散熱并減小其翹曲度。多層后銅 PCB的層間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要注意芯板、絕緣層、埋孔和盲孔不能任意設(shè)置。4原理框圖及工作原理4.1.1原理框圖方案一:采用LT3748為主控芯片的原理框圖為圖4.1所示:T1 0COUTTC方框1QC方框Lj2MIC iOURAEKTlJi+”崎rji 弟 E

21、咅 tRROH AI4P1E23V IJ 1 -，時(shí)MOS方框2® H : llOOmV圖4.1 LT3748為主控芯片的原理框圖方案二:采用ISL6843為主控芯片的原理框圖如圖4.2所示2GtfD11工TTHP；UI1JfTT P吐JT r二 WDHD>5r3DPP7*131TD罠孔DIQ3c TLCM 31唱InHpEErHfDCdD圖4.2 ISL6843為主控芯片的原理框圖 4.1.2 工作原理根據(jù)框圖逐項(xiàng)給出各部分的工作原理，難點(diǎn)部分重點(diǎn)寫。方案一的工作原理方框1為電壓采樣電路，三極管 Q1和Q2的放大倍數(shù)相同,20UA的電流源為Q1第13頁共19頁Q1基極電壓為V

22、in -Vbe，提供偏置。當(dāng)MOS管關(guān)斷時(shí)開始采樣輸出電壓，其工作原理為此時(shí)Q2發(fā)射極電壓也為Vn，而MOS管兩端電壓為Vin + nVo（ n為變壓器原副邊匝比），此時(shí)加在反饋電阻Rfb兩斷電壓為nVo,貝U流經(jīng)Rfb的電流與經(jīng)過Rref的電流基本相等，此時(shí)Rref上的電壓與輸出電壓和n成一定的比例關(guān)系，真實(shí)的反映出輸出電壓。方框2為誤差放大電路，采樣電壓進(jìn)入誤差放大器的反相輸入端，與基準(zhǔn)電壓比較放大輸出一個(gè)電流信號(hào)，經(jīng)過反饋回路 Rc、Cc將電流信號(hào)變?yōu)殡妷?，因此誤差放大器為 跨導(dǎo)放大器。方框3為溫度補(bǔ)償電路，使系統(tǒng)在寬溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，使得環(huán)路增益與溫度無關(guān)。方框4為臨界模式檢測電路，

23、當(dāng)比較器A1的反相輸入端電壓小于0.55V時(shí)表明此時(shí)電感電流降為零，即變壓器儲(chǔ)能為零，A1輸出為高，置S為1,使MOS重新導(dǎo)通。下面簡單的介紹下采用ISL6843為主控芯片的原理框圖。下面逐一介紹主要的工作原moCMtiI = 一 m¥ -flPD - - - - Jpl«曲< nia斥 M_rrcrcvo r V J » M M 1 B'ieodI * f I：I5丁總上T捕I I I .Tsm專.B.i'vMD :Z-申豐十XfcMlb 一 -ttb冷:?方框1中為自啟動(dòng)電路， 反激電路傳統(tǒng)的啟動(dòng)電路一般由 rc構(gòu)成，但是由于該模塊供電電

24、壓較低,管實(shí)現(xiàn)的穩(wěn)壓電路,此時(shí)Q1放大導(dǎo)通,最低12.5V工作，這樣就要求新的啟動(dòng)電路。此電路為一個(gè)應(yīng)用調(diào)整穩(wěn)定在約為10V,的供電電路開始工作,主要的工作原理為當(dāng)輸入電壓高于 10V時(shí)，穩(wěn)壓管D6開始穩(wěn)壓， 則Q2也開始放大導(dǎo)通給供電電容 C6和C佃充電，使得輸出電壓此時(shí)ISL6843開始工作。當(dāng)ISL6843工作后，由供電線圈和D9組成 當(dāng)供電電路的電壓大于10V時(shí)，穩(wěn)壓管D6正向?qū)ǎ?此時(shí)啟動(dòng)電路關(guān)閉。方框2為峰值電流取樣電路，采用線圈取樣，這里不做贅述。這里主要介紹一下從第11頁共19頁輸入電壓接入R15的作用，由于該模塊輸入電壓范圍較寬（12.5V-50V），普通的峰值電流 控制電

25、壓調(diào)整率很難滿足要求。而加入 R15后，相當(dāng)于前饋加強(qiáng)了， 即輸入電壓越高， 輸入電流限制越小， 這樣很容易滿足電壓調(diào)整率要求。方框3為諧波補(bǔ)償電路，利用三極管將ISL6843 4腳產(chǎn)生的鋸齒波引入到峰值電流輸入腳。方框4為一個(gè)推挽驅(qū)動(dòng)電路，由于工作頻率較高（350KHZ）， ISL6843輸出驅(qū)動(dòng)電流為1A，這樣很驅(qū)動(dòng)的上升時(shí)間相對(duì)于周期時(shí)間很長，影響管子的導(dǎo)通， 采用推挽驅(qū)動(dòng) 后，供電由外部供電電路供給， 很好的解決了這個(gè)問題。方框5為一個(gè)同步整流電路， 采用同步線圈控制， 原理較簡單， 這里不做贅述。方框6為過流保護(hù)電路，此電路還在調(diào)試中。其基本原理為當(dāng)過載到一定程度時(shí)， 輸出電壓會(huì)跌落

26、，此時(shí)ISL6843 1腳升高于一定值時(shí)，比較器輸出為低， 此時(shí)光耦的輸出 端被箝位低，MOS關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)。方框7為電壓采樣及補(bǔ)償控制電路，這里不做贅述。5關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)及元器件選取 （1）功率器件選取與損耗計(jì)算主管：150V管子損耗（W）50V輸入28V輸入12.5V輸入管型15V輸出5V輸出15V輸出5V輸出15V輸出5V輸出備注（15W）SiR838D P0.161270.161580.130180.132850.17380.1834935A50V輸入28V輸入12.5V輸入15V輸出5V輸出15V輸出5V輸出15V輸出5V輸出備注（30W）SiR838D P0.227550.240

27、.23430.25410.467480.5129335A同步整流管：100V（當(dāng)輸出為15V時(shí)的整流管）損耗（W）50V輸入28V輸入12.5輸入管型15V輸出15V輸出15V輸出備注（15W）Si7454DP0.070740.059660.10727.8A15V輸出15V輸出15V輸出備注（30W）SiR432DP0.116130.133690.304828A同步整流管：50V（含高于50V的管子）（當(dāng)輸出為5V時(shí)的整流管）損耗（W）50V輸入28V輸入12.5輸入管型5V輸出5V輸出5V輸出備注（15W）Si7164DP0.134930.128750.仃 26760A5V輸出5V輸出5V輸

28、出備注（30W）Si7164DP0.仃 9990.212290.4167260A采用LT3748控制，輸出功率為15W變壓器計(jì)算：假定磁芯不飽和，原邊電感量 Li和副邊電感量Lo為常數(shù)，開關(guān)管為理想開關(guān)。對(duì)于臨界導(dǎo)通狀態(tài)，0時(shí)刻原邊電流為零，DT時(shí)刻電感電流為I Pi =UgDTLi第17頁共19頁原邊在一個(gè)周期內(nèi)獲得的能量為心w弓LipiUgD2T22Li轉(zhuǎn)換效率為n，工作頻率為f，輸出功率為2L= Uolo周期末副邊電流為0，開關(guān)管截止時(shí)間用Do表示，有DoTU o| _=I S1 =LoNPIP1Ns定義單圈電感量為Lr，則有:2L廣N pLr,Lo = Ns Lr可以推導(dǎo)出DoUgNs

29、D UoNp在輸入電壓定、周期一定的時(shí)候，占空比越大，原邊電感越小，電流峰值越大,輸入功率和輸出功率越大。若 Li變大，為保證輸出功率不變，要求 D也變大。因?yàn)镈最大為0.5,若Li變大幅度太大，超出D變化可調(diào)節(jié)的范圍，則輸出功率必然變小。PoW 2LiLiUgDT DoCLLi磁芯工作頻率選擇在250K，變頻頻率可以下降到幾十 K，應(yīng)選擇工作頻率500K以下的寬溫度范圍，低損耗高頻鐵氧體材料，根據(jù)昆山錳鋅鐵氧體材料手冊(cè)，應(yīng)選擇DMR90或DMR95材料磁芯。對(duì)應(yīng) TDK磁芯型號(hào)為PC90或PC95材料。其中，95材料具有更 高的初始導(dǎo)磁率，使用頻率較低（V 400K）寬溫度范圍磁損小，90材

30、料初始導(dǎo)磁率較低，使用頻率較高（V 500K），因此選用PC95材料。PC95材料磁損系數(shù)為280350mW/cm3, 測試條件為100KHZ , 200mT。選擇 PC95ER14 其 Aw=5.84mm2, Ae=仃.6mm2。其 Aw*Ae=102.8mm4。64根據(jù)公式 Aw*Ae=Pout*10 /（2*ko*kc*f*Bm*j* n ）=99.2mm，其中 Aw 為窗口面積；此處取0.4； kc為磁芯截面積PC95材料最大可以選擇為Ae為磁芯截面積；ko為窗口填充系數(shù)V 1, 一般取0.40.6,填充系數(shù)=1； f為工作頻率取250K ； Bm為飽和磁通密度，4A/mm2; n 取

31、 0.9，Pout 為3900GS （100C）,安全起見選擇2800GS； j為電流密度，取變壓器輸出功率，考慮過功率輸出取20W。此時(shí)計(jì)算原邊匝數(shù)為4.9圈，取為5圈。計(jì)算氣隙長度為0.183mm。此時(shí)可得副邊 圈數(shù)為6匝（輸出15V）和2匝（輸出5V）。（3）采用ISL6843控制，輸出功率為15W變壓器計(jì)算：假設(shè)當(dāng)輸出功率為半載時(shí)工作在臨界模式，此時(shí)n.U：D2T咕= g=6.2"2P其中 Ug =12.5V, f =350kHz, T=2.86As , D 為最大占空比 0.5選擇對(duì)應(yīng)TDK磁芯型號(hào)為PC90或PC95材料。其中，95材料具有更高的初始導(dǎo)磁 率，使用頻率較低

32、（V 400K）寬溫度范圍磁損小，90材料初始導(dǎo)磁率較低，使用頻率較高（V 500K），因此選用PC95材料。PC95材料磁損系數(shù)為280350mW/cm3,測試條件為 100KHZ，200mT。選擇 PC95ER11 其 Aw=4.956mm2，Ae=11.9mm2。其 Aw*Ae=58.98mm4。根據(jù)公式 Aw*Ae=Pout*106/（2*ko*kc*f*Bm*j* n ）=52.88mm4，其中 Aw為窗口面積;此處取0.4; kc為磁芯截面積PC95材料最大可以選擇為Ae為磁芯截面積；ko為窗口填充系數(shù)V 1, 一般取0.40.6，5A/mm2; n 取 0.9，Pout 為填充系

33、數(shù)=1； f為工作頻率取350K ； Bm為飽和磁通密度， 3900GS （100C）,安全起見選擇3000GS； j為電流密度，取 變壓器輸出功率，考慮過功率輸出取 20W。此時(shí)計(jì)算原邊匝數(shù)為7.8圈，取為8圈。計(jì)算氣隙長度為0.2mm。此時(shí)可得副邊圈 數(shù)為10匝（輸出15V）和3匝（輸出5V），供電線圈為8匝，同步整流為2匝（輸出15V）和2匝（輸出5V）。第14頁共19頁6建模與仿真方案一的模型現(xiàn)在還沒建出來，后續(xù)會(huì)給出。下面給出方案二的控制仿真模型:在復(fù)頻域下，反激式開關(guān)電源電路可等效成如圖6.1所示的理論模型，圖6.2所示為反激電路電路圖。HX)Vref (s) f> Gv (

34、s) I>1 Ap(s) >Vo(s)第21頁共19頁圖6.1反激電路模型結(jié)構(gòu)圖其中，Gv(s)是補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)傳函，Ap(s)是功率級(jí)傳遞函數(shù)，V0(s)輸出信號(hào)，Vref(s)為參考電壓象函數(shù)。輸入 直流 電壓那GORo補(bǔ)償器7Vref圖6.2反激電路電路圖(1)功率級(jí)Ap(s )傳遞函數(shù)APADC0 Z(esr)其中:ADC2 (Vin -Vout)secVin叫NpriP RL CoZ(esr) Resr Co沁是誤差放大器的直流基準(zhǔn)值,Rl是負(fù)載電阻，Co是輸出電容，Resr是輸出電容的ESR電阻。(2)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)Gv(s )傳遞函數(shù)本文中的單端反激電路所選用的是積分反饋網(wǎng)絡(luò)，如

35、圖6.3所示。圖6.3反饋網(wǎng)絡(luò)示意圖反饋網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為:Gv =S cCc其中Rc、Cc是圖6.3中補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的電阻和電容。(3)參數(shù)選擇單端反激電路系統(tǒng)主要參數(shù)為：反激變壓器變比n=Np ri/Nsec=8/10;輸入電壓采樣電阻Vin=12.5-50V ;輸出 電壓 Vout=15V ；輸 出功率 Po=0.072-15W;峰 值電流Rs=0.25吐 輸出電容 Cout= 10uF;補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)參數(shù) Cc=1uF, Rc=30 KQ。(4)復(fù)頻域下系統(tǒng)圖6.5復(fù)仿真圖如圖所示，圖6.4為復(fù)頻域下Vout=50V、Po=0.072W系統(tǒng)仿真圖;頻域下Vout=50V、Po=15W系統(tǒng)仿真圖；圖6.6復(fù)頻域下 Vout=50V、Po=15W系統(tǒng)仿真圖。其中，藍(lán)色曲線是功率級(jí)模型曲線，綠色曲線是補(bǔ)償系統(tǒng)曲線，紅色是補(bǔ)償后系統(tǒng)曲線。表I給出了，在輸入輸出不同條件下的穿越頻率和相位裕度。6圖6.4復(fù)頻域下Vout=50V、Po=0.072W系統(tǒng)