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450W多路DC/DC變換器設計方案
更新時間:2012-05-11   點擊次數(shù):2665次

450W多路DC/DC變換器設計方案

 

1 概述

  450W多路DC/ DC 變換器是種直流變換開關電源,其輸入電壓為直流27V ,電源輸出分別為直流±20V 10A 和5V 10A 三種不同的類型,其中電源的輸入與輸出,且輸出電源的±20V 和5V 不共地,這樣可以防止共地帶來的干擾。 該電源具有輸出穩(wěn)壓和紋波小等優(yōu)點。

  開關電源PWM 變換器主電路拓撲形式有boost 變換器、buck 變換器、buck2boost 變換器和Cuk 變換器,在此基礎上,有帶變壓器的DC/DC 變換器拓撲,如單端正激或單端反激變換器,橋變換器,半橋變換器,推挽式變換器和Cuk 變換器等。

  該電源主電路采用雙驅動推挽變換器。 在輸入電壓較低時,推挽電路比半橋或橋電路*,因為時候zui多只有個開關管工作,在輸出功率相同時,開關損耗較小。

  低壓雙驅動推挽變換器電路原理圖如圖1 所示。

  

圖1  雙驅動推挽變換器電路原理

 

  圖1 雙驅動推挽變換器電路原理

  由于驅動電路,使得兩個功率場效應管T1 、T2 交替導通,且二者之間有個死區(qū)時間,即兩個場效應管都關斷的階段,在此期間電感L 1 保持電流續(xù)流回路。 對于電流連續(xù)方式,輸出電壓由下式決定:

  

 

  式中, V S 是輸入電壓, ton 是T1 或T2 的導通時間, tof f 是其關斷時間, NS 和N P 分別是變壓器付方和原方匝數(shù)。

  2 脈寬調制電路設計及計算機仿真

  PWM脈寬調制器采用S G1525 脈寬器, S G1525 適合于驅動功率場效應管,校正補償環(huán)節(jié)采用PI 調節(jié)器,輸出濾波電路采用π型濾波。 PI 校正補償電路如圖2 所示,其傳遞函數(shù)為:

  

 

  

圖2  PI 校正補償電路

 

  圖2  PI 校正補償電路

  應用MATLAB6. 5 對5V 10A 的電源進行仿真,MATLAB 是個功能強大的計算機仿真軟件,仿真原理圖如圖3所示,輸出電壓波形曲線如圖4 所示。

  

圖3  電路原理仿真

 

  圖3 電路原理仿真

  

圖4  輸出電壓波形仿真

 

  圖4 輸出電壓波形仿真

  3 驅動電路設計

  功率驅動器件選用場效應管,場效應管為場控器件,柵源間有電容效應,因此對驅動電路要求較。 驅動電路要場效應管有較小的導通和關斷時間,同時為了場效應管可靠關斷,關斷時應在柵加負壓。 驅動電路采用IR2110 驅動器,驅動電路如圖5 所示。

  

圖5  驅動電路

 

  圖5 驅動電路

4 電磁兼容設計

 

  電磁兼容設計對于開關電源來說難度很大,因為開關電源主要通過頻斬波進行能量變換,而變壓器存在漏感,要向周圍輻射電磁場。 有關電源EMC 指標主要有CE03 、RE02 和RS03.

  對于CE03 項的達標主要通過增加濾波電路和改善電源內部的布局來實現(xiàn)的。 解決方案為先在電源內部對輸入電源線和輸出部分進行物理。 其次在輸入電源線上通過對標頻率點的觀察,選擇插入損耗參數(shù)合理的濾波器,同時加入電感不斷優(yōu)化濾波器的截止頻率,這樣即可的抑制電源線的傳導發(fā)射。 對于RE02 項達標是通過改進電源箱體的結構,盡量減少活動的端面,對于活動的結合面采用導電密封材料進行防電磁輻射密封來實現(xiàn)的。 RS03 項較解決。 改進后的CE03 、RE02 和RS03 項測試結果如圖6 ( Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ) 所示。

  

圖6  CE03 測試曲線圖(Ⅰ)

 

  圖6 CE03 測試曲線圖(Ⅰ)

  

圖6  RE02 測試曲線圖(Ⅱ)

 

  圖6 RE02 測試曲線圖(Ⅱ)

  

圖6  RS03 測試曲線圖(Ⅲ)

 

  圖6 RS03 測試曲線圖(Ⅲ)

  5 結 論

  450W三路輸出DC/ DC 變換器通過了低溫試驗、濕熱試驗、振動沖擊試驗和電磁兼容試驗,在大系統(tǒng)中經過使用考核,該電源工作穩(wěn)定可靠,表明該DC/ DC 變換器設計合理,能良好,設計要求。

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