450W多路DC/DC变换器设计方案

　　1 概述

　　450W多路DC/ DC 变换器是一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隔离，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精度高和纹波小等优点。

　　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，有带隔离变压器的各种DC/DC 变换器拓扑，如单端正激或单端反激变换器，全桥变换器，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，推挽电路比半桥或全桥电路优越，因为任何时候最多只有一个开关管工作，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

　　由于驱动电路控制，使得两个功率场效应管T1 、T2 交替导通，且二者之间有一个死区时间，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 脉宽控制器， 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

　　应用MATLAB6. 5 对5V 10A 的电源进行仿真，MATLAB 是一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，栅源极间有电容效应，因此对驱动电路要求较高。 驱动电路要保证场效应管有较小的导通和关断时间，同时为了保证场效应管可靠关断，关断时应在栅极加负压。 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

　　4 电磁兼容性设计

　　电磁兼容性设计对于开关电源来说难度很大，因为开关电源主要通过高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 技术指标主要有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。 解决方案为首先在电源内部对输入电源线和输出部分进行物理隔离。 其次在输入电源线上通过对超标频率点的观察，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，这样即可有效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 项较容易解决。 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 RE02 测试曲线图(Ⅱ)

　　

 

　　图6 RS03 测试曲线图(Ⅲ)

　　5 结 论

　　450W三路输出DC/ DC 变换器通过了高低温试验、湿热试验、振动冲击试验和电磁兼容性试验，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，性能良好，满足设计要求。