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一种15W三路输出DC/DC模块电源的设计

作者:时间:2011-03-26来源:网络收藏

3.2 稳压方式选择

对单路,只在端加稳压反馈电路即可,而对多路,必须视要求而定:如果各路输出电压精度都要求高,则每路都应独立的闭环稳压回路,这样难度较大;如果只有一路是重要的负载,其他路负载较轻,并对输出电压精度要求不是很严格,则只须给重要负载所在电路加反馈控制回路,其余两路开环,依靠耦合电感实现稳压。

3.3 多路输出滤波电感绕制方式选择

本例的三路输出中,5V(Uo1)是比较重要的负载,输出电流最大(2A),12V是运算放大器供电,允许电压在1~2V范围变化,电流较小(0.25A),所以,只在5V主路加反馈控制回路,±12V辅路的稳压性能是靠耦合电感来实现。针对本例多路输出的具体情况,输出滤波电感不宜采用独立电感,而应采用耦合电感,即将三路的输出滤波电感绕在一个磁芯上,只有5V主电路受控,输出特性较好,而±12V两路较差影响不大。

4 过程

4.1 UC3843外围电路设计

4.1.1 开关频率选择

二次产品工作频率一般选择在100kHz~400kHz之间,本例设置开关频率为250kHz,UC3843工作频率可达500kHz,脚4是Rt/Ct锯齿波振荡器的定时电阻和电容的公共端,对于UC3843而言,

f==250kHz(1)

式中:R是图1中的R304,其值为6.8kΩ;

C为图1中的C302,其值为1nF。

4.1.2 过流保护电路设计

图1中R101及R102为过流检测电阻,根据式ISMAX≈1.0V/RS设计R101及R102,这个电阻要设

得很小,以降低电阻上的损耗,图1中设计为两个10Ω电阻并联。检测电压送入UC3843的脚3。

脚3电压高于1V过流保护电路就动作,使脚6停止输出矩形波,电路停止工作。脚3还要接一个RC滤波器以抑制开关管的尖峰电流,图1中这个滤波器由R103及C306组成。

4.1.3 反馈误差放大器设计

R302,R303及C305构成积分型调节器,电阻R302和R303的比例关系影响系统的动态特性。R302和R303的比值可以改变UC3843电压误差放大器的放大倍数,对于一定的反馈电压量,可使PWM调节器的输出脉宽不同,从而影响输出电压调节幅度,即影响指标中输出的动态响应调节幅度。积分器的电容C305的大小影响系统的调节速度,即影响指标中输出的动态响应时间。

4.2 功率器件的选取

变换器的开关器件采用功率MOSFET,依据单管变换器计算电压的经验公式,取

UCEO==144V(2)

式中:Udmax为漏源极的最大电压;

D为占空比。

所以,功率MOSFET的反向电压应选用大于144V的,电流按高频变压器一次绕组的最大电流来确定。图1中V101选用耐压200V、电流9A的IRF630。

4.3 高频变压器的设计

4.3.1 磁芯的选用

多路输出变压器一般要求有较大的窗口面积,电源可选用FEY型、FEE型、EUI型等磁芯,对于正激变换器,理论上变压器初级须有复位绕组Nr,这里考虑到变压器脚位的问题,选取高饱和磁感应强度的磁材,去掉复位绕组,这样使每次磁芯都在磁化曲线的下部工作,避免磁芯饱和。

先确定最大磁感应强度Bm,以计算并初选磁芯型号。

1)考虑高温时饱和磁感应强度Bs会下降,同时为降低高频工作时磁芯损耗,最大工作磁感应强度一般选为0.2~0.25T。这里选取高饱和磁感应强度的磁材RM2.2KD,其Bs为0.44T。

2)磁芯型号的选取有两种方法,一是依据式(3)

AeAw>=(3)

式中:Ae为磁芯截面积;

Aw为磁芯窗口面积;

fs为开关频率;

ΔB为磁性材料所允许的最大磁通密度的变化范围;

dc为变压器绕组导体的电流密度;

kc为绕组在磁性窗口中的填充系数。

二是根据厂家的磁芯材料手册给出的输出功率与磁芯尺寸的关系。这里采用第二种方法选用FEY15.3磁芯,其有效截面积为18.7mm2。

4.3.2 计算匝比

Uo=Uo1+UD=5.0+0.5=5.5V(4)

式中:Uo1为5V主路输出电压;

UD为整流管MBR1545正向压降,取0.5V。

n12==3.14(5)

式中:n12为主路原副边匝比;

Ui=UminDmax=36×0.48=17.28V(其中Umin为电源最低输入电压,Dmax取0.48);

Uo为N2输出电压。

实际选取n12=4:1。

4.3.3 计算并调整主路副边匝数

N2===3.13(6)

式中:Ts为电源周期,Ts==4×10-6s;

ΔBm为磁通增量,ΔBm=0.44-0.065=0.375T;

Ae为磁芯截面积,对FEY15.3磁芯,Ae=0.187cm2。

实际取N2=4匝。

4.3.4 计算原边匝数

N1=N2×n12=4×4=16匝(7)

4.3.5 计算其余两个辅路副边匝数

N3=N4=N1×=4×=9.09(8)

式中:Uo2为+12V辅路输出电压;



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