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450W多路DC/DC变换器设计方案
更新时间:2012-05-11   点击次数:2341次

450W多路DC/DC变换器设计方案

 

1 概述

  450W多路DC/ DC 变换器是种直流变换开关电源,其输入电压为直流27V ,电源输出分别为直流±20V 10A 和5V 10A 三种不同的类型,其中电源的输入与输出,且输出电源的±20V 和5V 不共地,这样可以防止共地带来的干扰。 该电源具有输出稳压和纹波小等优点。

  开关电源PWM 变换器主电路拓扑形式有boost 变换器、buck 变换器、buck2boost 变换器和Cuk 变换器,在此基础上,有带变压器的DC/DC 变换器拓扑,如单端正激或单端反激变换器,桥变换器,半桥变换器,推挽式变换器和Cuk 变换器等。

  该电源主电路采用双驱动推挽变换器。 在输入电压较低时,推挽电路比半桥或桥电路*,因为时候zui多只有个开关管工作,在输出功率相同时,开关损耗较小。

  低压双驱动推挽变换器电路原理图如图1 所示。

  

图1  双驱动推挽变换器电路原理

 

  图1 双驱动推挽变换器电路原理

  由于驱动电路,使得两个功率场效应管T1 、T2 交替导通,且二者之间有个死区时间,即两个场效应管都关断的阶段,在此期间电感L 1 保持电流续流回路。 对于电流连续方式,输出电压由下式决定:

  

 

  式中, V S 是输入电压, ton 是T1 或T2 的导通时间, tof f 是其关断时间, NS 和N P 分别是变压器付方和原方匝数。

  2 脉宽调制电路设计及计算机仿真

  PWM脉宽调制器采用S G1525 脉宽器, S G1525 适合于驱动功率场效应管,校正补偿环节采用PI 调节器,输出滤波电路采用π型滤波。 PI 校正补偿电路如图2 所示,其传递函数为:

  

 

  

图2  PI 校正补偿电路

 

  图2  PI 校正补偿电路

  应用MATLAB6. 5 对5V 10A 的电源进行仿真,MATLAB 是个功能强大的计算机仿真软件,仿真原理图如图3所示,输出电压波形曲线如图4 所示。

  

图3  电路原理仿真

 

  图3 电路原理仿真

  

图4  输出电压波形仿真

 

  图4 输出电压波形仿真

  3 驱动电路设计

  功率驱动器件选用场效应管,场效应管为场控器件,栅源间有电容效应,因此对驱动电路要求较。 驱动电路要场效应管有较小的导通和关断时间,同时为了场效应管可靠关断,关断时应在栅加负压。 驱动电路采用IR2110 驱动器,驱动电路如图5 所示。

  

图5  驱动电路

 

  图5 驱动电路

4 电磁兼容设计

 

  电磁兼容设计对于开关电源来说难度很大,因为开关电源主要通过频斩波进行能量变换,而变压器存在漏感,要向周围辐射电磁场。 有关电源EMC 指标主要有CE03 、RE02 和RS03.

  对于CE03 项的达标主要通过增加滤波电路和改善电源内部的布局来实现的。 解决方案为先在电源内部对输入电源线和输出部分进行物理。 其次在输入电源线上通过对标频率点的观察,选择插入损耗参数合理的滤波器,同时加入电感不断优化滤波器的截止频率,这样即可的抑制电源线的传导发射。 对于RE02 项达标是通过改进电源箱体的结构,尽量减少活动的端面,对于活动的结合面采用导电密封材料进行防电磁辐射密封来实现的。 RS03 项较解决。 改进后的CE03 、RE02 和RS03 项测试结果如图6 ( Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ) 所示。

  

图6  CE03 测试曲线图(Ⅰ)

 

  图6 CE03 测试曲线图(Ⅰ)

  

图6  RE02 测试曲线图(Ⅱ)

 

  图6 RE02 测试曲线图(Ⅱ)

  

图6  RS03 测试曲线图(Ⅲ)

 

  图6 RS03 测试曲线图(Ⅲ)

  5 结 论

  450W三路输出DC/ DC 变换器通过了低温试验、湿热试验、振动冲击试验和电磁兼容试验,在大系统中经过使用考核,该电源工作稳定可靠,表明该DC/ DC 变换器设计合理,能良好,设计要求。

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