一種緊湊型全橋DC-DC隔離電源設(shè)計(jì)
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全橋DC-DC電源參數(shù)為：輸入+15 V；輸出+15 V、-10 V；輸出功率6 W；工作頻率360 kHz。要求額定負(fù)載下動(dòng)態(tài)特性、滿足：+15 V波動(dòng)+1 V；-10 V波動(dòng)-2V；工作頻率滿足5％的偏差容限。其中工作頻率由施密特觸發(fā)器CD40106參數(shù)及RC數(shù)值決定。具體參數(shù)為：R=2．2kΩ；C=748 pF；VDD=15 V；VT+=8．8 V；VT-=5．8 V。根據(jù)式(1)計(jì)算出振蕩頻率為748．792 kHz，因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://2s4d.com/news/listbylabel/label/設(shè)計(jì)">設(shè)計(jì)中多諧振蕩器輸出對2路RC充放電，充電電容容量增大一倍，因此振蕩頻率為上述計(jì)算頻率的1／2，即374．396kHz。
1．2．1 原邊共用全橋控制的4路PWM信號產(chǎn)生
傳統(tǒng)的全橋DC-DC拓?fù)溆?只相同的開關(guān)管組成，需要2路互反的PWM控制信號，每路PWM信號驅(qū)動(dòng)對角的2只開關(guān)管，2路PWM信號要求有死區(qū)，避免全橋直通。全橋拓?fù)涞纳蠘虮垓?qū)動(dòng)必須隔離，否則無法完成正確驅(qū)動(dòng)，隔離電路一般采用光耦或磁性器件實(shí)現(xiàn)，電路復(fù)雜、體積大。設(shè)計(jì)采用2個(gè)電源變壓器原邊繞組共用一個(gè)全橋開關(guān)，由于系統(tǒng)為+15 V單電源輸入，因此全橋開關(guān)采用2片內(nèi)含PMOS和NMOS的S14532ADY實(shí)現(xiàn)，此時(shí)PWM驅(qū)動(dòng)脈沖無需隔離，即不用將全橋的上下臂驅(qū)動(dòng)脈沖進(jìn)行隔離，使用振蕩電路的邏輯門進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，簡化了控制電路，同時(shí)該全橋開關(guān)為小體積的SO-8封裝，實(shí)現(xiàn)了最小PCB設(shè)計(jì)。據(jù)此原理設(shè)計(jì)全橋開關(guān)需要4路PWM脈沖驅(qū)動(dòng)，分為2組，每組內(nèi)互反，驅(qū)動(dòng)對角的PMOS和NMOS開關(guān)，2組之間帶有死區(qū)，具體的4路，驅(qū)動(dòng)脈沖時(shí)序要求如圖2所示。G11、G2、G22、G1為4路PWM驅(qū)動(dòng)，T1、T11為兩個(gè)DC-DC電源變壓器，此處只畫出了原邊繞組，C為隔直電容，能夠有效地防止變壓器磁芯飽和?？梢钥吹剑瑢堑拈_關(guān)同時(shí)導(dǎo)通，兩組對角交替開關(guān)，兩個(gè)變壓器磁芯工作在I、Ⅲ工作象限，雙向勵(lì)磁，有利于實(shí)現(xiàn)高功率密度。本文引用地址：http://2s4d.com/article/178304.htm
采用上述設(shè)計(jì)，4路PWM時(shí)序必須嚴(yán)格按照圖2所示產(chǎn)生。一般PWM驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生方法用MCU、DSP或?qū)Ｓ肐C產(chǎn)生，難以實(shí)現(xiàn)低成本和緊湊設(shè)計(jì)。文中對通用多諧振蕩器電路進(jìn)行改進(jìn)，分別增加兩個(gè)二極管、電阻及電容，即可輸出滿足上述要求的4路PWM驅(qū)動(dòng)信號，簡化了電源設(shè)計(jì)，提高了可靠性。
1．2．2 DC-DC電源變壓器的選擇及設(shè)計(jì)
系統(tǒng)電源采用全橋驅(qū)動(dòng)，磁芯工作在I、Ⅲ象限，驅(qū)動(dòng)上要能夠防止磁芯飽和，同時(shí)要求效率高、體積小?；谏鲜隹紤]，選用環(huán)形磁芯T10×6×5，材質(zhì)為PC40，環(huán)形磁芯漏磁小、效率高。具體參數(shù)為：μi=2 400，Ae=9．8 mm2，Aw=28．2mm2，J=2A／mm2。系統(tǒng)工作狀態(tài)為：ηB=90％，Km=0．1，fs=366 kHz，Bm=2 000 GS，根據(jù)P0=Ae×Aw×2×fs×Bm×J×ηB×Km×10-6。得出P0=9．8×10-2×28．2 x 10-2×2×366×103×2 000 x 2×0．9×0．1×10-6=7．3 W，理論計(jì)算表明，所選磁芯滿足設(shè)計(jì)的功率要求。
變壓器匝數(shù)設(shè)計(jì)是根據(jù)式(2)和式(3)計(jì)算，其中μi為輸入電壓最小值，△Vce為額定電流下全橋回路開關(guān)管壓降，Dmax=0．48；μo為輸出電壓額定值；△Vd為輸出額定電流下全波整流二極管壓降。理論計(jì)算原副邊匝數(shù)為：原邊Np=4．6匝，副邊Ns1=5．8匝，Ns2=3．9匝。
Np=[(μi-△Vce)×Dmax]／(2△B×Ae×fs) (2)
Np=[(μo-△Vd)×(1-Dmax)]／(2△B×Ae×fs) (3)
實(shí)際調(diào)試結(jié)果為：原邊p=6匝，副邊Ns1=8匝，Ns2=5匝。
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