寬壓高效DCDC設(shè)計(jì)

1、內(nèi)容摘要：本報(bào)告對(duì)寬壓高效DC-DC變換器的技術(shù)要求、設(shè)計(jì)方案、工作原理進(jìn)行了簡(jiǎn)單的闡述和分析， 并對(duì)各個(gè)主要模塊做了原理分析， 給出了關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)及元器件選取關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)及元器件選取。根據(jù)原理圖， 按兩個(gè)方案試制出輸出為15W/15V、15W/5V、30W/15V和30W/5V模塊原理樣機(jī)， 測(cè)試結(jié)果顯示， 按方案一實(shí)現(xiàn)的模塊問(wèn)題較多，按方案二實(shí)現(xiàn)的模塊除了高低溫實(shí)驗(yàn)沒(méi)有做外， 其他性能基本達(dá)到技術(shù)協(xié)議上的性能指標(biāo)。下面簡(jiǎn)要說(shuō)明一下方案一存在的問(wèn)題，15W輸出滿載時(shí)，在輸入電壓低于40V時(shí)，效率在85%左右，而在高于40V時(shí)，效率會(huì)降低，當(dāng)輸入電壓為50V時(shí)，效率為80%，分析效率低的原因會(huì)

2、在正文中敘述，這里不再贅述，解決辦法就是減少漏感和降低開關(guān)頻率，這樣會(huì)減小損耗，故在下面的實(shí)驗(yàn)中擬15W中采用ER18的磁芯，最低工作頻率在80KHz，在制作變壓器中嚴(yán)格控制漏感。而30W輸出存在同樣的問(wèn)題，故會(huì)在后面的實(shí)驗(yàn)中擬采用ER23的磁芯，最低工作頻率也在80KHz左右。主 題 詞更 改 欄更改單號(hào)更改日期更改人更改辦法第19頁(yè) 共19頁(yè)寬壓高效DC/DC變換方案報(bào)告1 概述本報(bào)告根據(jù)寬壓高效DC/DC變換技術(shù)開發(fā)技術(shù)協(xié)議，對(duì)寬壓高效DC/DC變換模塊的技術(shù)要求、設(shè)計(jì)方案、工作原理等方面進(jìn)行了相應(yīng)闡述和分析。此次研發(fā)涉及4種DC/DC模塊，分別為15W和30W兩個(gè)額定輸出功率等級(jí)，每個(gè)

3、功率等級(jí)包括單路5V輸出、單路15V輸出模塊各1種，也就是共設(shè)計(jì)四種類型的電源。其主要難點(diǎn):(1) 寬輸入電壓范圍12.550V；（2）寬工作溫度范圍-4585;(3) 外形尺寸較小，這樣對(duì)功率密度、效率和散熱三方面提出挑戰(zhàn)（4）低功耗，效率高。15W模塊：全輸入電壓范圍內(nèi)，常溫條件下，5V模塊滿載輸出時(shí)效率不低于85%，15V模塊滿載輸出時(shí)效率不低于88%；全輸入電壓范圍內(nèi)，常溫條件下，5W輸出時(shí)效率不低于75%，爭(zhēng)取達(dá)到80%。30W模塊：全輸入電壓范圍內(nèi)，常溫條件下，5V模塊滿載輸出時(shí)效率不低于86%，15V模塊滿載輸出時(shí)效率不低于90%；全輸入電壓范圍內(nèi)，常溫條件下，15W輸出時(shí)效率不

4、低于86%。因此本項(xiàng)目提出的三個(gè)新課題：全輸入范圍高效；低溫啟動(dòng)；高溫散熱；高功率密度。2 技術(shù)要求 2.1 模塊類別涉及4種DC/DC模塊，分15W和30W兩個(gè)額定輸出功率等級(jí)，每個(gè)功率等級(jí)包括單路5V輸出、單路15V輸出模塊各1種。以下如非特指，均為對(duì)各模塊的統(tǒng)一要求。2.2 工作溫度范圍-45+85，無(wú)需額外散熱措施。2.3 隔離要求輸入地、輸出地及二者與外殼間加500V，絕緣電阻不低于100M。輸入、輸出地間不加電容器。2.4 結(jié)構(gòu)各模塊均采取封閉式結(jié)構(gòu)，金屬外殼封裝。外形尺寸（暫定）及點(diǎn)定義分別見圖1.1和圖1.2，控制端低電平禁止。圖 1.1 15W模塊外形尺寸及點(diǎn)定義圖 1.2

5、30W模塊外形尺寸及點(diǎn)定義2.5 輸入2.5.1 輸入電壓范圍輸入電壓范圍12.5V50V，標(biāo)稱28V。2.5.2 最大輸入電流阻性負(fù)載滿載啟動(dòng)時(shí)，最大輸入電流不超過(guò)穩(wěn)態(tài)輸入電流的2倍。2.5.3 輸入紋波電流額定輸入電壓、額定負(fù)載、穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，輸入紋波電流峰-峰值不大于30mA，可通過(guò)外接一級(jí)LC差模濾波控制。2.5.4 兼容性要求兼容GJB181A相關(guān)要求及輸入電壓范圍內(nèi)的電壓浪涌要求。2.6 輸出除非特殊說(shuō)明，本條所列指標(biāo)均要求在全輸入（12.5V50V）、全負(fù)載（空載滿載）、全溫度范圍內(nèi)（-45+85）滿足。2.6.1 輸出功率啟動(dòng)時(shí)，在額定輸出功率基礎(chǔ)上，至少需保留15%設(shè)計(jì)裕量（過(guò)

6、載時(shí)間不超過(guò)10s），驗(yàn)收時(shí)以額定值為準(zhǔn)。2.6.2 轉(zhuǎn)換效率15W模塊：全輸入電壓范圍內(nèi)，常溫條件下，5V模塊滿載輸出時(shí)效率不低于85%，15V模塊滿載輸出時(shí)效率不低于88%；全輸入電壓范圍內(nèi)，常溫條件下，5W輸出時(shí)效率不低于75%，爭(zhēng)取達(dá)到80%。30W模塊：全輸入電壓范圍內(nèi)，常溫條件下，5V模塊滿載輸出時(shí)效率不低于86%，15V模塊滿載輸出時(shí)效率不低于90%；全輸入電壓范圍內(nèi)，常溫條件下，15W輸出時(shí)效率不低于86%。2.6.3 輸出電壓精度（電壓/負(fù)載調(diào)整）5V輸出穩(wěn)態(tài)電壓精度不超過(guò)0.1V，15V輸出穩(wěn)態(tài)電壓精度不超過(guò)0.2V。2.6.4 輸出電壓峰-峰值5V輸出時(shí)峰-峰值不大于75

7、mV，紋波成分（不含開關(guān)高頻噪聲）不大于30mV，無(wú)開關(guān)頻率外的低頻振蕩；空載條件下，峰-峰值不大于150mV，紋波成分不超過(guò)90mV。15V輸出時(shí)峰-峰值不大于100mV，紋波成分（不含開關(guān)高頻噪聲）不大于30mV，無(wú)開關(guān)頻率外的低頻振蕩；空載條件下，峰-峰值不大于150mV，紋波成分不超過(guò)90mV。其中：常溫條件下，在輸出端子根部靠測(cè)，示波器20MHz帶寬，無(wú)外加電容，探頭1檔；高低溫條件下，可在輸出線負(fù)載端測(cè)試，紋波幅值可不做要求，但要求無(wú)低頻振蕩。2.6.5 開機(jī)特性啟動(dòng)延時(shí)時(shí)間不超過(guò)30ms，輸出電壓建立時(shí)間應(yīng)不超過(guò)20ms，輸出過(guò)沖電壓不超過(guò)額定輸出電壓的5%。測(cè)試條件為：輸入電壓

8、時(shí)間不大于1ms，滿載啟動(dòng)。2.6.6 負(fù)載階躍響應(yīng)輸出接電子負(fù)載，設(shè)置負(fù)載電流為額定輸出電流的507550和255025階躍變化，階躍周期為1ms，輸出電流爬升斜率為2.5A/us。輸出過(guò)沖電壓不超過(guò)額定輸出電壓的1%；如輸出過(guò)沖電壓超過(guò)額定輸出電壓的1%，恢復(fù)時(shí)間不應(yīng)超過(guò)500s。2.7 使能功能控制端懸空正常輸出，控制端接地或低電平（0V0.2V）輸出截止。2.8 保護(hù)功能2.8.1 輸入過(guò)欠壓保護(hù)超出最高輸入電壓10%時(shí)，過(guò)壓保護(hù)動(dòng)作；低于最低輸入電壓10%時(shí)，欠壓保護(hù)動(dòng)作。保護(hù)發(fā)生后無(wú)輸出（體積允許情況下建議加，非必要）。2.8.2 輸出過(guò)壓保護(hù)超過(guò)額定輸出電壓15%時(shí)動(dòng)作，保護(hù)后無(wú)

9、輸出（體積允許情況下建議加，非必要）。2.8.3 輸出過(guò)流保護(hù)超過(guò)額定輸出電流50%時(shí)動(dòng)作，保護(hù)后無(wú)輸出（體積允許情況下建議加，非必要）。2.8.4 輸出短路保護(hù)長(zhǎng)時(shí)間短路不致?lián)p壞?？煽紤]打嗝方式，自動(dòng)或開機(jī)恢復(fù)（必要）。2.9 電磁兼容要求重點(diǎn)滿足GJB151A中CE101、CE102、RE101、RE102、CS106等相關(guān)要求，可根據(jù)北工大實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件完成相關(guān)考核，測(cè)試條件不具備的應(yīng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中充分相關(guān)因素。2.10 器材要求電阻、電容、磁性元件全部使用國(guó)內(nèi)軍品廠家產(chǎn)品，必要時(shí)可協(xié)助采購(gòu)。變壓器推薦使用4326廠的表貼式平面變壓器，相關(guān)參數(shù)固化后提要求，可協(xié)助采購(gòu)。PCB建議層數(shù)為雙層

10、，最多不超過(guò)四層。外殼設(shè)計(jì)形式需雙方協(xié)商后確定。進(jìn)口半導(dǎo)體分立器件和集成電路要求全部可實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化封裝，前期設(shè)計(jì)即以國(guó)產(chǎn)化兼容封裝布板。相關(guān)器件型號(hào)規(guī)格提前提出，與國(guó)內(nèi)軍品半導(dǎo)體器件供應(yīng)商確認(rèn)無(wú)誤后方可進(jìn)行，元器件國(guó)產(chǎn)化替代工作同步進(jìn)行。初樣的進(jìn)口元器件和PCB由北工大負(fù)責(zé)，正樣元器件和PCB由北工大負(fù)責(zé)， 慣性公司協(xié)助。3 方案選擇3.1 難點(diǎn)分析難點(diǎn)分析基本在概述中已經(jīng)闡述，下面針對(duì)每個(gè)問(wèn)題解決辦法進(jìn)行說(shuō)明： (1) 寬輸入電壓范圍12.550V；當(dāng)輸入電壓為12.5V時(shí)電路能正常工作，必須選用低電壓?jiǎn)?dòng)控制芯片作為主控芯片；在輸入電壓大范圍變化時(shí)，保持輸出電壓的穩(wěn)定度，選擇合理的電流控制模

11、式、強(qiáng)前向反饋，必須采用峰值電流控制。（2）寬工作溫度范圍-4585;低溫啟動(dòng)(-45 )問(wèn)題：工業(yè)級(jí)IC器件的極限低溫-40的，不能滿足要求，這樣要求選擇合適的裸片進(jìn)行封裝。高溫散熱(85 ) ：外形尺寸：25.4X25.4X10mm(1X1X0.4 inch)的表面積，用銅材，1.8W的溫升近似等于18 ，取環(huán)境溫度為85 時(shí)，開關(guān)管的結(jié)溫等于85 + 18 =113 。若選擇最高結(jié)溫等于150 的開關(guān)管 ，則余量為37 。在保證效率為88%的條件下，采用銅材外殼和加灌導(dǎo)熱膠的方式可以滿足高溫運(yùn)行，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3.1所示：圖3.1 模塊整體結(jié)構(gòu)示意圖(3) 外形尺寸較小，這樣對(duì)功率密度

12、、效率和散熱三方面提出挑戰(zhàn)由于外形尺寸較小，這樣采用四層PCB布線，元器件采用雙面表貼安裝，變壓器也采用表貼變壓器；采用線圈控制同步整流管，去除傳統(tǒng)采用同步整流IC控制。（4）低功耗，效率高。 要做到損耗小，在遴選器件必須考慮以下幾方面：低損耗的控制芯片；ESR和ESL均為較小的磁介電容；低損耗的MOSFET管（低導(dǎo)通電阻、小的柵極電荷）；低損耗的高頻磁芯；低損耗的整流器件，采用同步整流技術(shù)。3.2 解決方法方案一:完全摒棄傳統(tǒng)的反饋技術(shù)， 采用全新的控制芯片LT3748控制 LT3748的主要優(yōu)點(diǎn)為:(1)臨界導(dǎo)電模式/變頻控制。 消除了整流二極管的反向恢復(fù)電流造成的損耗； 由于臨界模式和變

13、壓器漏感的作用開關(guān)管工作在ZCS開啟；開關(guān)管的輸出電容作用開關(guān)管是ZVS關(guān)斷，故開關(guān)管無(wú)開關(guān)損耗，只有導(dǎo)通損耗； 減少開關(guān)管輸出電容的功耗。(2)原邊電壓反饋技術(shù)，無(wú)需光耦或變壓器第三繞組和基準(zhǔn)電源TL431; 提高效率和可靠性，減少了非線性誤差、成本以及體積。(3)提供低電壓驅(qū)動(dòng)，7V的驅(qū)動(dòng)電壓，大大減少了驅(qū)動(dòng)功率；與15V驅(qū)動(dòng)相比，驅(qū)動(dòng)功率減小3/4。(4)改電壓型誤差放大為跨導(dǎo)型誤差放大。 優(yōu)點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)、響應(yīng)速度快、穩(wěn)定性好 不足：靜態(tài)誤差大，調(diào)整率要求高的系統(tǒng)不能用； 輸入失調(diào)電壓和輸入偏置電流特性差，因此需要溫度補(bǔ)償技術(shù)， 而LT3748帶有溫度補(bǔ)償技術(shù)很好的解決了這個(gè)問(wèn)題。(

14、5)峰值電流控制模式，可以滿足寬輸入電壓范圍：12.550V。(6)采用COS技術(shù)，使得芯片的功耗很小：靜態(tài)工作電流為1.3mA.在最大電壓Vin=50V，功耗為501.3mA=65mW。(7)溫度補(bǔ)償技術(shù)：系統(tǒng)可在寬溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。即開環(huán)增益幾乎與溫度無(wú)關(guān)。這就是為什么芯片的測(cè)試溫度范圍為-50 125 的原因。(8)輕載DCM工作模式， 減小空載和輕載的損耗。LT3748的主要缺點(diǎn)為:(1) 由于采用變頻控制，變壓器工作在臨界模式，電流峰峰值大，在MOS關(guān)斷時(shí)電流會(huì)有振蕩，故MOS的關(guān)斷損耗很大。(2) 由于變壓器工作在臨界模式，輸入電壓時(shí)工作頻率較低，輸入電壓高時(shí)工作頻率較高，這樣在

15、高輸入電壓時(shí)由MOS管的DS結(jié)電容引起的開關(guān)損耗會(huì)很大，而且變壓器的漏感也會(huì)增加MOS管的DS兩端電壓，這樣要實(shí)現(xiàn)寬范圍高效就很困難。(3) 由于變壓器工作在臨界模式，輸入電流的紋波會(huì)很大。(4) 由于上面的3個(gè)原因，在選擇工作頻率時(shí)越低越好，這樣要求磁芯會(huì)很大，體積會(huì)增大。技術(shù)難點(diǎn)及解決方法：(1) 在高壓輸入時(shí)的效率問(wèn)題是個(gè)難點(diǎn)。隨著輸入電壓的升高，工作頻率會(huì)增加，由MOS關(guān)斷電流振蕩及MOS管的DS結(jié)電容引起的關(guān)斷損耗會(huì)增大，這樣很難滿足高壓輸入效率的要求。盡量增大磁芯，降低工作頻率，在原理樣機(jī)中15W采用ER14.5的磁芯，30W采用ER18的磁芯，為了提高效率擬在下一步實(shí)驗(yàn)中15W采

16、用ER18的磁芯，30W采用ER23的磁芯。(2) 同步整流驅(qū)動(dòng)問(wèn)題是個(gè)難點(diǎn)。由于變壓器工作在臨界模式并且采用線圈控制同步整流驅(qū)動(dòng)MOS，若驅(qū)動(dòng)電壓過(guò)高造成有環(huán)流現(xiàn)象，使得效率變低；若驅(qū)動(dòng)電壓過(guò)低造成MOS沒(méi)有完全導(dǎo)通，這樣會(huì)增加MOS的導(dǎo)通損耗。而由于變壓器繞線匝數(shù)較少（一般不會(huì)超10匝），這樣很難準(zhǔn)確的控制同步整流線圈的匝數(shù)。如果采用同步整流芯片控制同步整流管會(huì)增加損耗。這樣就要求我們選取導(dǎo)通門檻電壓低的MOS，實(shí)驗(yàn)證明選取門檻電壓低的專用同步整流MOS（1.2V-2.8V），同步整流驅(qū)動(dòng)電壓一般要在2.5和3.5V之間最佳。方案二:采用ISL6843為主控芯片設(shè)計(jì)， 主要在器件選取與工藝

17、做深入的研究。與傳統(tǒng)的ISL6843控制相比，主要在細(xì)節(jié)上做一些改動(dòng)：（1）采用同步整流；（2）峰值電流取樣采用變壓器取樣；（3）采用推挽外接電源驅(qū)動(dòng)控制芯片；（4）同步整流管采用線圈驅(qū)動(dòng)，無(wú)需外加控制IC?，F(xiàn)在市面上有采用ISL6843控制的模塊， 像臺(tái)灣P-DUKE公司生產(chǎn)LCD系列產(chǎn)品， 其技術(shù)指標(biāo)和本項(xiàng)目的相似， 均采用傳統(tǒng)的TLV431和光耦控制， 但是要在器件選取與制作工藝上做深入的研究。3.3結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及散熱和關(guān)鍵技術(shù)（1）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)封閉式模塊電源主要由插針、頂蓋、外殼和PCB零件構(gòu)成。由于外形尺寸較小，PCB安裝在封閉的銅殼體中，解決散熱的方式是采用銅基板和灌注導(dǎo)熱封膠，這樣熱量通

18、過(guò)導(dǎo)熱膠傳導(dǎo)散熱，通過(guò)銅外殼輻射散熱。結(jié)構(gòu)上采用PCB安裝在封閉的銅殼體中，殼中灌注導(dǎo)熱膠；解決好關(guān)鍵零件工藝問(wèn)題。由于采用多層板，良好的導(dǎo)熱特性保證整個(gè)電源板的溫度平衡，增強(qiáng)散熱效果，不至于功率器件局部溫度過(guò)高，影響使用壽命和可靠性。（2）關(guān)鍵零件工藝 插針應(yīng)具有良好的焊接性和導(dǎo)電性，通常采用黃銅H62或紫銅T2，且表面一般采用鍍金作為防腐措施，以提高插針的可焊性及導(dǎo)電性。 殼體與頂蓋通常采用銅板折彎而成，四角縫隙不得大于0.2mm，表面處理采用氧化發(fā)黑處理即可，增加輻射散熱。（3）PCB設(shè)計(jì)工藝PCB設(shè)計(jì)對(duì)于灌膠模塊在布局時(shí)要考慮排氣孔，排氣孔的設(shè)計(jì)盡量在變壓器等大器件附近，開孔尺寸盡量大

19、，最小直徑大于2mm。PCB設(shè)計(jì)時(shí)內(nèi)層鋪銅盡量鋪滿，這樣有利于PCB散熱并減小其翹曲度。多層后銅PCB的層間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要注意芯板、絕緣層、埋孔和盲孔不能任意設(shè)置。4 原理框圖及工作原理4.1.1 原理框圖方案一:采用LT3748為主控芯片的原理框圖為圖4.1所示：圖4.1 LT3748為主控芯片的原理框圖方案二:采用ISL6843為主控芯片的原理框圖如圖4.2所示圖4.2 ISL6843為主控芯片的原理框圖4.1.2 工作原理根據(jù)框圖逐項(xiàng)給出各部分的工作原理，難點(diǎn)部分重點(diǎn)寫。方案一的工作原理方框1為電壓采樣電路，三極管Q1和Q2的放大倍數(shù)相同，20uA的電流源為Q1提供偏置。當(dāng)MOS管關(guān)斷時(shí)開始

20、采樣輸出電壓，其工作原理為此時(shí)Q1基極電壓為，Q2發(fā)射極電壓也為，而MOS管兩端電壓為（n為變壓器原副邊匝比），此時(shí)加在反饋電阻RFB兩斷電壓為，則流經(jīng)RFB的電流與經(jīng)過(guò)RREF的電流基本相等，此時(shí)RREF上的電壓與輸出電壓和n成一定的比例關(guān)系，真實(shí)的反映出輸出電壓。方框2為誤差放大電路，采樣電壓進(jìn)入誤差放大器的反相輸入端，與基準(zhǔn)電壓比較放大輸出一個(gè)電流信號(hào)，經(jīng)過(guò)反饋回路RC、CC將電流信號(hào)變?yōu)殡妷海虼苏`差放大器為跨導(dǎo)放大器。方框3為溫度補(bǔ)償電路，使系統(tǒng)在寬溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，使得環(huán)路增益與溫度無(wú)關(guān)。方框4為臨界模式檢測(cè)電路，當(dāng)比較器A1的反相輸入端電壓小于0.55V時(shí)表明此時(shí)電感電流降為零

21、，即變壓器儲(chǔ)能為零，A1輸出為高，置S為1，使MOS重新導(dǎo)通。下面簡(jiǎn)單的介紹下采用ISL6843為主控芯片的原理框圖。下面逐一介紹主要的工作原理:方框1中為自啟動(dòng)電路， 反激電路傳統(tǒng)的啟動(dòng)電路一般由RC構(gòu)成， 但是由于該模塊供電電壓較低， 最低12.5V工作， 這樣就要求新的啟動(dòng)電路。此電路為一個(gè)應(yīng)用調(diào)整管實(shí)現(xiàn)的穩(wěn)壓電路， 主要的工作原理為當(dāng)輸入電壓高于10V時(shí)， 穩(wěn)壓管D6開始穩(wěn)壓， 此時(shí)Q1放大導(dǎo)通， 則Q2也開始放大導(dǎo)通給供電電容C6和C19充電， 使得輸出電壓穩(wěn)定在約為10V， 此時(shí) ISL6843開始工作。當(dāng)ISL6843工作后， 由供電線圈和D9組成的供電電路開始工作， 當(dāng)供電電路

22、的電壓大于10V時(shí)， 穩(wěn)壓管D6正向?qū)ǎ?此時(shí)啟動(dòng)電路關(guān)閉。方框2為峰值電流取樣電路， 采用線圈取樣， 這里不做贅述。這里主要介紹一下從輸入電壓接入R15的作用， 由于該模塊輸入電壓范圍較寬(12.5V-50V)， 普通的峰值電流控制電壓調(diào)整率很難滿足要求。而加入R15后， 相當(dāng)于前饋加強(qiáng)了， 即輸入電壓越高， 輸入電流限制越小， 這樣很容易滿足電壓調(diào)整率要求。方框3為諧波補(bǔ)償電路， 利用三極管將ISL6843 4腳產(chǎn)生的鋸齒波引入到峰值電流輸入腳。方框4為一個(gè)推挽驅(qū)動(dòng)電路， 由于工作頻率較高(350KHz)， ISL6843輸出驅(qū)動(dòng)電流為1A， 這樣很驅(qū)動(dòng)的上升時(shí)間相對(duì)于周期時(shí)間很長(zhǎng)， 影

23、響管子的導(dǎo)通， 采用推挽驅(qū)動(dòng)后， 供電由外部供電電路供給， 很好的解決了這個(gè)問(wèn)題。方框5為一個(gè)同步整流電路， 采用同步線圈控制， 原理較簡(jiǎn)單， 這里不做贅述。方框6為過(guò)流保護(hù)電路， 此電路還在調(diào)試中。 其基本原理為當(dāng)過(guò)載到一定程度時(shí)， 輸出電壓會(huì)跌落， 此時(shí)ISL6843 1腳升高于一定值時(shí)， 比較器輸出為低， 此時(shí)光耦的輸出端被箝位低， MOS關(guān)斷， 實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)。方框7為電壓采樣及補(bǔ)償控制電路， 這里不做贅述。5 關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)及元器件選取(1)功率器件選取與損耗計(jì)算主管：150V管子損耗(W)50V輸入28V輸入12.5V輸入管型15V輸出5V輸出15V輸出5V輸出15V輸出5V輸出備注（

24、15W）SiR838DP0.161270.161580.130180.132850.17380.1834935A50V輸入28V輸入12.5V輸入15V輸出5V輸出15V輸出5V輸出15V輸出5V輸出備注（30W）SiR838DP0.227550.240.23430.25410.467480.5129335A同步整流管：100V(當(dāng)輸出為15V時(shí)的整流管)損耗(W)50V輸入28V輸入12.5輸入管型15V輸出15V輸出15V輸出備注（15W）Si7454DP0.070740.059660.10727.8A15V輸出15V輸出15V輸出備注（30W）SiR432DP0.116130.13369

25、0.304828A同步整流管：50V(含高于50V的管子) (當(dāng)輸出為5V時(shí)的整流管)損耗(W)50V輸入28V輸入12.5輸入管型5V輸出5V輸出5V輸出備注（15W）Si7164DP0.134930.128750.1726760A5V輸出5V輸出5V輸出備注（30W）Si7164DP0.179990.212290.4167260A (2)采用LT3748控制， 輸出功率為15W變壓器計(jì)算:假定磁芯不飽和，原邊電感量Li和副邊電感量Lo為常數(shù)，開關(guān)管為理想開關(guān)。對(duì)于臨界導(dǎo)通狀態(tài)，0時(shí)刻原邊電流為零，DT時(shí)刻電感電流為原邊在一個(gè)周期內(nèi)獲得的能量為轉(zhuǎn)換效率為，工作頻率為f，輸出功率為周期末副邊電

26、流為0，開關(guān)管截止時(shí)間用Do表示，有定義單圈電感量為L(zhǎng)r，則有： 可以推導(dǎo)出在輸入電壓一定、周期一定的時(shí)候，占空比越大，原邊電感越小，電流峰值越大，輸入功率和輸出功率越大。若Li變大，為保證輸出功率不變，要求D也變大。因?yàn)镈最大為0.5，若Li變大幅度太大，超出D變化可調(diào)節(jié)的范圍，則輸出功率必然變小。 磁芯工作頻率選擇在250K，變頻頻率可以下降到幾十K，應(yīng)選擇工作頻率500K以下的寬溫度范圍，低損耗高頻鐵氧體材料，根據(jù)昆山錳鋅鐵氧體材料手冊(cè)，應(yīng)選擇DMR90或DMR95材料磁芯。對(duì)應(yīng)TDK磁芯型號(hào)為PC90或PC95材料。其中，95材料具有更高的初始導(dǎo)磁率，使用頻率較低（400K）寬溫度范圍

27、磁損小， 90材料初始導(dǎo)磁率較低，使用頻率較高（500K），因此選用PC95材料。 PC95材料磁損系數(shù)為280350mW/cm3，測(cè)試條件為100KHz，200mT。選擇PC95ER14其Aw=5.84mm2，Ae=17.6mm2。其Aw*Ae=102.8mm4。根據(jù)公式Aw*Ae=Pout*106/(2*ko*kc*f*Bm*j*)=99.2mm4，其中Aw為窗口面積；Ae為磁芯截面積；ko為窗口填充系數(shù)1，一般取0.40.6，此處取0.4；kc為磁芯截面積填充系數(shù)=1；f為工作頻率取250K；Bm為飽和磁通密度， PC95材料最大可以選擇為3900Gs（100），安全起見選擇2800Gs

28、；j為電流密度，取4A/mm2；取0.9，Pout為變壓器輸出功率，考慮過(guò)功率輸出取20W。此時(shí)計(jì)算原邊匝數(shù)為4.9圈，取為5圈。計(jì)算氣隙長(zhǎng)度為0.183mm。此時(shí)可得副邊圈數(shù)為6匝（輸出15V）和2匝（輸出5V）。(3)采用ISL6843控制， 輸出功率為15W變壓器計(jì)算:假設(shè)當(dāng)輸出功率為半載時(shí)工作在臨界模式， 此時(shí)其中， D為最大占空比0.5選擇對(duì)應(yīng)TDK磁芯型號(hào)為PC90或PC95材料。其中，95材料具有更高的初始導(dǎo)磁率，使用頻率較低（400K）寬溫度范圍磁損小， 90材料初始導(dǎo)磁率較低，使用頻率較高（500K）， 因此選用PC95材料。 PC95材料磁損系數(shù)為280350mW/cm3，

29、測(cè)試條件為100KHz，200mT。選擇PC95ER11其Aw=4.956mm2，Ae=11.9mm2。其Aw*Ae=58.98mm4。根據(jù)公式Aw*Ae=Pout*106/(2*ko*kc*f*Bm*j*)=52.88mm4，其中Aw為窗口面積；Ae為磁芯截面積；ko為窗口填充系數(shù)1，一般取0.40.6，此處取0.4；kc為磁芯截面積填充系數(shù)=1；f為工作頻率取350K；Bm為飽和磁通密度， PC95材料最大可以選擇為3900Gs（100），安全起見選擇3000Gs；j為電流密度，取5A/mm2；取0.9，Pout為變壓器輸出功率，考慮過(guò)功率輸出取20W。此時(shí)計(jì)算原邊匝數(shù)為7.8圈，取為8圈

30、。計(jì)算氣隙長(zhǎng)度為0.2mm。此時(shí)可得副邊圈數(shù)為10匝（輸出15V）和3匝（輸出5V）， 供電線圈為8匝， 同步整流為2匝（輸出15V）和2匝（輸出5V）。6 建模與仿真方案一的模型現(xiàn)在還沒(méi)建出來(lái)，后續(xù)會(huì)給出。下面給出方案二的控制仿真模型：在復(fù)頻域下，反激式開關(guān)電源電路可等效成如圖6.1所示的理論模型，圖6.2所示為反激電路電路圖。圖6.1 反激電路模型結(jié)構(gòu)圖其中，是補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)傳函，是功率級(jí)傳遞函數(shù)，輸出信號(hào)，為參考電壓象函數(shù)。圖6.2 反激電路電路圖（1）功率級(jí)傳遞函數(shù)其中：是誤差放大器的直流基準(zhǔn)值，是負(fù)載電阻，是輸出電容，是輸出電容的ESR電阻。（2）補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)本文中的單端反激電路所選用的是積分反饋網(wǎng)絡(luò)，如圖6.3所示。圖6.3 反饋網(wǎng)絡(luò)示意圖反饋網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)為：其中、是圖6.3中補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的電阻和電容。（3）參數(shù)選擇單端反激電路系統(tǒng)主要參數(shù)為：反激變壓器變比n=Npri/Nsec=8/10；輸入電壓Vin=12.5-50V；輸出電壓Vout=15V；輸出功率Po=0.072-15W；峰值電流采樣電阻Rs=0.25；輸出電容Cout= 10uF；補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)參數(shù)Cc=1uF，Rc=30 K。