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(qū)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(qū)動推挽變換器電路原理圖如圖1 所示。

　　圖1 雙驅(qū)動推挽變換器電路原理

　　由于驅(qū)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?jīng)Q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(diào)制電路設計及計算機仿真

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

　　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4 輸出電壓波形仿真

　　3 驅(qū)動電路設計

　　功率驅(qū)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(qū)動電路要求較。 驅(qū)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(qū)動電路采用IR2110 驅(qū)動器，驅(qū)動電路如圖5 所示。

　　圖5 驅(qū)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(nèi)部的布局來實現(xiàn)的。 解決方案為先在電源內(nèi)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(jié)構(gòu)，盡量減少活動的端面，對于活動的結(jié)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(jié)果如圖6 （ Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ） 所示。

　　圖6 CE03 測試曲線圖（Ⅰ）

　　圖6 RE02 測試曲線圖（Ⅱ）

　　圖6 RS03 測試曲線圖（Ⅲ）

　　5 結(jié) 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(jīng)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。