450W多路DC/DC變換器設(shè)計(jì)方案

1 概述

　　450W多路DC/ DC 變換器是種直流變換開關(guān)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(lái)的干擾。 該電源具有輸出穩(wěn)壓和紋波小等優(yōu)點(diǎn)。

　　開關(guān)電源PWM 變換器主電路拓?fù)湫问接衎oost 變換器、buck 變換器、buck2boost 變換器和Cuk 變換器，在此基礎(chǔ)上，有帶變壓器的DC/DC 變換器拓?fù)洌鐔味苏せ騿味朔醇ぷ儞Q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(qū)動(dòng)推挽變換器。 在輸入電壓較低時(shí)，推挽電路比半橋或橋電路*，因?yàn)闀r(shí)候zui多只有個(gè)開關(guān)管工作，在輸出功率相同時(shí)，開關(guān)損耗較小。

　　低壓雙驅(qū)動(dòng)推挽變換器電路原理圖如圖1 所示。

　　圖1 雙驅(qū)動(dòng)推挽變換器電路原理

　　由于驅(qū)動(dòng)電路，使得兩個(gè)功率場(chǎng)效應(yīng)管T1 、T2 交替導(dǎo)通，且二者之間有個(gè)死區(qū)時(shí)間，即兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管都關(guān)斷的階段，在此期間電感L 1 保持電流續(xù)流回路。 對(duì)于電流連續(xù)方式，輸出電壓由下式?jīng)Q定：

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

　　2 脈寬調(diào)制電路設(shè)計(jì)及計(jì)算機(jī)仿真

　　PWM脈寬調(diào)制器采用S G1525 脈寬器， S G1525 適合于驅(qū)動(dòng)功率場(chǎng)效應(yīng)管，校正補(bǔ)償環(huán)節(jié)采用PI 調(diào)節(jié)器，輸出濾波電路采用π型濾波。 PI 校正補(bǔ)償電路如圖2 所示，其傳遞函數(shù)為：

　　圖2 　PI 校正補(bǔ)償電路

　　應(yīng)用MATLAB6. 5 對(duì)5V 10A 的電源進(jìn)行仿真，MATLAB 是個(gè)功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)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4 輸出電壓波形仿真

　　3 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

　　功率驅(qū)動(dòng)器件選用場(chǎng)效應(yīng)管，場(chǎng)效應(yīng)管為場(chǎng)控器件，柵源間有電容效應(yīng)，因此對(duì)驅(qū)動(dòng)電路要求較。 驅(qū)動(dòng)電路要場(chǎng)效應(yīng)管有較小的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，同時(shí)為了場(chǎng)效應(yīng)管可靠關(guān)斷，關(guān)斷時(shí)應(yīng)在柵加負(fù)壓。 驅(qū)動(dòng)電路采用IR2110 驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)電路如圖5 所示。

　　圖5 驅(qū)動(dòng)電路

4 電磁兼容設(shè)計(jì)

　　電磁兼容設(shè)計(jì)對(duì)于開關(guān)電源來(lái)說(shuō)難度很大，因?yàn)殚_關(guān)電源主要通過(guò)頻斬波進(jìn)行能量變換，而變壓器存在漏感，要向周圍輻射電磁場(chǎng)。 有關(guān)電源EMC 指標(biāo)主要有CE03 、RE02 和RS03.

　　對(duì)于CE03 項(xiàng)的達(dá)標(biāo)主要通過(guò)增加濾波電路和改善電源內(nèi)部的布局來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 解決方案為先在電源內(nèi)部對(duì)輸入電源線和輸出部分進(jìn)行物理。 其次在輸入電源線上通過(guò)對(duì)標(biāo)頻率點(diǎn)的觀察，選擇插入損耗參數(shù)合理的濾波器，同時(shí)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(dǎo)發(fā)射。 對(duì)于RE02 項(xiàng)達(dá)標(biāo)是通過(guò)改進(jìn)電源箱體的結(jié)構(gòu)，盡量減少活動(dòng)的端面，對(duì)于活動(dòng)的結(jié)合面采用導(dǎo)電密封材料進(jìn)行防電磁輻射密封來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 RS03 項(xiàng)較解決。 改進(jìn)后的CE03 、RE02 和RS03 項(xiàng)測(cè)試結(jié)果如圖6 （ Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ） 所示。

　　圖6 CE03 測(cè)試曲線圖（Ⅰ）

　　圖6 RE02 測(cè)試曲線圖（Ⅱ）

　　圖6 RS03 測(cè)試曲線圖（Ⅲ）

　　5 結(jié) 論

　　450W三路輸出DC/ DC 變換器通過(guò)了低溫試驗(yàn)、濕熱試驗(yàn)、振動(dòng)沖擊試驗(yàn)和電磁兼容試驗(yàn)，在大系統(tǒng)中經(jīng)過(guò)使用考核，該電源工作穩(wěn)定可靠，表明該DC/ DC 變換器設(shè)計(jì)合理，能良好，設(shè)計(jì)要求。