高效率開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)6課件

4.直流母線變換器基本設(shè)計(jì)要求直流母線變換器的基本要求主要有：在體積上，首先高度一定要符合要求，即安裝高度不得超過(guò)八分之三英寸，或8.3mm。這是因?yàn)樵跈C(jī)箱中兩個(gè)插卡單位間距大約為13mm。第二，電路板面積越小越好。這不僅需要要求元器件的尺寸越來(lái)越小，而且要求各元器件的發(fā)熱也得越來(lái)越小，即盡可能高的效率。由于直流母線變換器的效率可以做得非常高，所以它的體積將比穩(wěn)壓型DC/DC變換器模塊的體積還小?；驹O(shè)計(jì)思路應(yīng)用IR公司的控制芯片和散熱良好的DirectFET封裝的MOSFET作為輸入與輸出側(cè)的開(kāi)關(guān)管；選擇盡可能高的開(kāi)關(guān)頻率，以盡可能減小變壓器和濾波/旁路電容器體積；采用多層電路板，將變壓器繞組集成在電路板中，可以大大簡(jiǎn)化電路的裝配難度；多層電路板的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)為大電流輸出時(shí)，為盡可能的減小電路板銅箔的電阻所造成的損耗，總是希望銅箔的截面積越大越好。電路拓?fù)涞拇_定由于開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)性能和導(dǎo)通電阻與開(kāi)關(guān)管的耐壓直接相關(guān)，為了盡可能的降低開(kāi)關(guān)管可能承受的電壓，初級(jí)側(cè)電路結(jié)構(gòu)應(yīng)選用全橋變換器電路結(jié)構(gòu)，這樣就可以應(yīng)用耐壓為80V的開(kāi)關(guān)管，同時(shí)，在相同輸出功率的條件下，流過(guò)開(kāi)關(guān)管的電流為半橋變換器的一半。這個(gè)全橋變換器由IR2086S驅(qū)動(dòng)；輸出一般為9~14V（12V電壓等級(jí)），所以應(yīng)選用全波同步整流器，為了簡(jiǎn)化電路，輸出同步整流器采用自驅(qū)動(dòng)同步整流器。對(duì)于100%占空比和固定電壓等級(jí)輸入電壓的工作條件而言，同步整流器的驅(qū)動(dòng)電壓在9~14V之間，完全可以滿足MOSFET的開(kāi)通性能要求。

開(kāi)關(guān)頻率：決定開(kāi)關(guān)頻率的因素主要有體積的限制和變壓器磁性材料性能的限制。在一般情況下，開(kāi)關(guān)頻率應(yīng)在200kHz以上。作為體積與磁性材料損耗的折中，在本實(shí)例中選擇開(kāi)關(guān)頻率為200kHz。輸出電壓的選擇：直流母線變換器的輸出電壓將作為負(fù)載點(diǎn)穩(wěn)壓電源模塊的輸入電壓，從變壓器設(shè)計(jì)角度，直流母線變換器的輸入輸出電壓比應(yīng)該為整數(shù)。為了使負(fù)載點(diǎn)穩(wěn)壓電源模塊能工作在“最佳”工作電壓范圍，通常負(fù)載點(diǎn)穩(wěn)壓電源模塊的比較理想的輸入電壓范圍為8~14V。對(duì)于48V蓄電池電壓等級(jí)的直流母線變換器的輸入電壓，可以選擇輸入輸出電壓比為4比1（9~14V）或5比1（8~12）。過(guò)電流保護(hù)：IR2086S的過(guò)電流保護(hù)閾值為200mV，由于R2、R4、R5的分壓作用，對(duì)應(yīng)的電流互感器的整流輸出電壓應(yīng)為260~300mV。忽略R2、R4、R5的分流作用，R3為7.5Ω時(shí)260~300mV對(duì)應(yīng)電流為40~45mA?？紤]在最高輸入電壓時(shí)的輸出功率將達(dá)到280W，對(duì)應(yīng)的輸入電流為5.2A。電流互感器的變比為1比130，即初級(jí)為1匝，次級(jí)130匝。打嗝延遲時(shí)間：為了盡可能的減小自動(dòng)重啟動(dòng)過(guò)程的損耗（由于不是零電壓開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)損耗將明顯增加，同時(shí)又有短路現(xiàn)象存在的可能），如無(wú)特殊要求，自動(dòng)重啟動(dòng)的時(shí)間間隔一般為0.5~1秒之間。這樣自動(dòng)重啟動(dòng)過(guò)程所占的時(shí)間比例將很低。變壓器設(shè)計(jì)變壓器設(shè)計(jì)是這個(gè)直流母線變換器的一個(gè)最主要的工作之一，如果選用平面變壓器安裝在電路板上，不僅使電路變得復(fù)雜，而且安裝起來(lái)也相對(duì)麻煩。由于這個(gè)直流母線變換器本身就是多層電路板，因此，利用多層電路板自身作為變壓器和輸出電感的繞組。200W直流母線變換器電路板