450W多路(lu)DC/DC變換器(qi)設(she)計方(fang)案(an)

1 概(gai)述

　　450W多路(lu)DC/ DC 變換器(qi)是(shi)種(zhong)直(zhi)流(liu)變換開(kai)關(guan)電源(yuan)，其(qi)輸入(ru)電壓為(wei)直(zhi)流(liu)27V ,電源(yuan)輸出(chu)分(fen)別為直(zhi)流(liu)±20V 10A 和(he)5V 10A 三(san)種(zhong)不同(tong)的(de)類型，其(qi)中(zhong)電源(yuan)的(de)輸入(ru)與(yu)輸出(chu)，且(qie)輸出(chu)電源(yuan)的(de)±20V 和5V 不(bu)共(gong)地，這樣可(ke)以(yi)防止共(gong)地帶來的(de)幹擾(rao)。 該(gai)電源(yuan)具(ju)有(you)輸出(chu)穩(wen)壓和紋(wen)波(bo)小(xiao)等優(you)點(dian)。

　　開(kai)關(guan)電源(yuan)PWM 變換器(qi)主(zhu)電路(lu)拓撲(pu)形式(shi)有(you)boost 變換器(qi)、buck 變換器(qi)、buck2boost 變換器(qi)和(he)Cuk 變換器(qi)，在(zai)此基(ji)礎(chu)上，有(you)帶(dai)變壓(ya)器(qi)的(de)DC/DC 變換器(qi)拓(tuo)撲，如單(dan)端(duan)正(zheng)激(ji)或(huo)單(dan)端(duan)反(fan)激(ji)變換器(qi)，橋(qiao)變換器(qi)，半(ban)橋(qiao)變換器(qi)，推(tui)挽式(shi)變換器(qi)和(he)Cuk 變換器(qi)等(deng)。

　　該(gai)電源(yuan)主電路(lu)采用(yong)雙(shuang)驅(qu)動(dong)推(tui)挽變換器(qi)。 在(zai)輸入(ru)電壓較(jiao)低時(shi)，推(tui)挽電路(lu)比(bi)半(ban)橋(qiao)或(huo)橋(qiao)電路(lu)*，因為(wei)時(shi)候(hou)zui多只(zhi)有(you)個開(kai)關(guan)管工(gong)作(zuo)，在(zai)輸出(chu)功率相(xiang)同(tong)時(shi)，開(kai)關(guan)損耗(hao)較小(xiao)。

　　低壓雙(shuang)驅(qu)動(dong)推(tui)挽變換器(qi)電路(lu)原理(li)圖如圖1 所(suo)示(shi)。

　　圖1 雙驅(qu)動(dong)推(tui)挽變換器(qi)電路(lu)原理(li)

　　由於(yu)驅(qu)動(dong)電路(lu)，使得(de)兩(liang)個功率場效(xiao)應(ying)管T1 、T2 交替導(dao)通(tong)，且二者之(zhi)間(jian)有(you)個死區時(shi)間(jian)，即兩(liang)個場效(xiao)應(ying)管都關(guan)斷(duan)的(de)階段(duan)，在(zai)此期(qi)間(jian)電感L 1 保(bao)持(chi)電流續(xu)流回(hui)路(lu)。 對(dui)於(yu)電流連(lian)續(xu)方(fang)式(shi)，輸出(chu)電壓由下式(shi)決定：

　　式(shi)中， V S 是(shi)輸入(ru)電壓， ton 是(shi)T1 或(huo)T2 的(de)導通(tong)時(shi)間(jian)， tof f 是其(qi)關(guan)斷(duan)時(shi)間(jian)， NS 和N P 分(fen)別是變壓(ya)器(qi)付(fu)方(fang)和(he)原方(fang)匝(za)數。

　　2 脈寬(kuan)調制電路(lu)設計及(ji)計算機仿真(zhen)

　　PWM脈寬(kuan)調制器(qi)采用(yong)S G1525 脈(mai)寬器(qi)， S G1525 適(shi)合(he)於(yu)驅(qu)動(dong)功率場效(xiao)應(ying)管，校(xiao)正(zheng)補償(chang)環節采用(yong)PI 調節器(qi)，輸出(chu)濾波電路(lu)采用(yong)π型(xing)濾波。 PI 校(xiao)正(zheng)補償(chang)電路(lu)如圖2 所(suo)示(shi)，其(qi)傳遞(di)函數(shu)為：

　　圖2 　PI 校(xiao)正(zheng)補償(chang)電路(lu)

　　應用(yong)MATLAB6. 5 對(dui)5V 10A 的(de)電源(yuan)進行(xing)仿真(zhen)，MATLAB 是(shi)個功能強大的(de)計算機仿真(zhen)軟件，仿真原理(li)圖如圖3所(suo)示(shi)，輸出(chu)電壓波(bo)形曲(qu)線(xian)如圖4 所(suo)示(shi)。

　　圖3 電路(lu)原理(li)仿(fang)真

　　圖4 輸出(chu)電壓波(bo)形仿(fang)真(zhen)

　　3 驅(qu)動(dong)電路(lu)設計

　　功率驅(qu)動(dong)器件選用(yong)場效(xiao)應(ying)管，場效(xiao)應(ying)管為場控器件，柵(zha)源(yuan)間(jian)有(you)電容(rong)效應(ying)，因此對(dui)驅(qu)動(dong)電路(lu)要求(qiu)較。 驅(qu)動(dong)電路(lu)要場效(xiao)應(ying)管有(you)較(jiao)小(xiao)的(de)導通(tong)和(he)關(guan)斷(duan)時(shi)間(jian)，同(tong)時(shi)為(wei)了場效(xiao)應(ying)管可(ke)靠(kao)關(guan)斷(duan)，關(guan)斷(duan)時(shi)應(ying)在柵(zha)加(jia)負壓。 驅(qu)動(dong)電路(lu)采用(yong)IR2110 驅(qu)動(dong)器，驅(qu)動(dong)電路(lu)如圖5 所(suo)示(shi)。

　　圖5 驅(qu)動(dong)電路(lu)

4 電磁兼(jian)容(rong)設計

　　電磁兼(jian)容(rong)設計對(dui)於(yu)開(kai)關(guan)電源(yuan)來說難(nan)度(du)很(hen)大(da)，因為(wei)開(kai)關(guan)電源(yuan)主要(yao)通過頻斬波進(jin)行(xing)能量(liang)變換，而(er)變壓(ya)器(qi)存(cun)在(zai)漏(lou)感，要(yao)向周圍(wei)輻射(she)電磁場。 有(you)關(guan)電源(yuan)EMC 指(zhi)標主要(yao)有(you)CE03 、RE02 和(he)RS03.

　　對(dui)於(yu)CE03 項(xiang)的(de)達標主要(yao)通(tong)過增加(jia)濾波電路(lu)和改善電源(yuan)內部(bu)的(de)布局來實(shi)現(xian)的(de)。 解(jie)決(jue)方(fang)案(an)為(wei)先在(zai)電源(yuan)內部(bu)對(dui)輸入(ru)電源(yuan)線(xian)和輸出(chu)部(bu)分進(jin)行(xing)物理(li)。 其(qi)次(ci)在(zai)輸入(ru)電源(yuan)線(xian)上通(tong)過對(dui)標頻率點(dian)的(de)觀察(cha)，選擇插(cha)入(ru)損(sun)耗(hao)參數合(he)理(li)的(de)濾波器(qi)，同(tong)時(shi)加(jia)入(ru)電感不(bu)斷(duan)優(you)化(hua)濾波器(qi)的(de)截(jie)止頻率，這樣即(ji)可(ke)的(de)抑制(zhi)電源(yuan)線(xian)的(de)傳導(dao)發(fa)射(she)。 對(dui)於(yu)RE02 項(xiang)達(da)標是通(tong)過改進電源(yuan)箱體(ti)的(de)結構(gou)，盡量(liang)減少(shao)活(huo)動(dong)的(de)端(duan)面(mian)，對(dui)於(yu)活(huo)動(dong)的(de)結合(he)面(mian)采(cai)用(yong)導(dao)電密封(feng)材料進行(xing)防電磁輻射(she)密(mi)封來實(shi)現(xian)的(de)。 RS03 項(xiang)較(jiao)解(jie)決(jue)。 改進後(hou)的(de)CE03 、RE02 和RS03 項(xiang)測(ce)試結果如圖6 （ Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ） 所(suo)示(shi)。

　　圖6 CE03 測試曲(qu)線(xian)圖（Ⅰ）

　　圖6 RE02 測試曲(qu)線(xian)圖（Ⅱ）

　　圖6 RS03 測試曲(qu)線(xian)圖（Ⅲ）

　　5 結 論

　　450W三(san)路(lu)輸出(chu)DC/ DC 變換器(qi)通(tong)過了低溫(wen)試驗(yan)、濕熱試驗(yan)、振(zhen)動(dong)沖(chong)擊(ji)試驗(yan)和(he)電磁兼(jian)容(rong)試驗(yan)，在(zai)大系(xi)統(tong)中經(jing)過使用(yong)考(kao)核(he)，該(gai)電源(yuan)工(gong)作(zuo)穩(wen)定可(ke)靠(kao)，表(biao)明(ming)該(gai)DC/ DC 變換器(qi)設(she)計合(he)理(li)，能(neng)良好，設計要求(qiu)。