一種緊湊型全橋DC-DC隔離電源設(shè)計
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
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。要求額定負載下動態(tài)特性、滿足：+15 V波動+1 V；-10 V波動-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)計算出振蕩頻率為748．792 kHz，因為設(shè)計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拓撲由4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。全橋拓撲的上橋臂驅(qū)動必須隔離，否則無法完成正確驅(qū)動，隔離電路一般采用光耦或磁性器件實現(xiàn)，電路復(fù)雜、體積大。設(shè)計采用2個電源變壓器原邊繞組共用一個全橋開關(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實現(xiàn)，此時PWM驅(qū)動脈沖無需隔離，即不用將全橋的上下臂驅(qū)動脈沖進行隔離，使用振蕩電路的邏輯門進行驅(qū)動，簡化了控制電路，同時該全橋開關(guān)為小體積的SO-8封裝，實現(xiàn)了最小PCB設(shè)計。據(jù)此原理設(shè)計全橋開關(guān)需要4路PWM脈沖驅(qū)動，分為2組，每組內(nèi)互反，驅(qū)動對角的PMOS和NMOS開關(guān)，2組之間帶有死區(qū)，具體的4路，驅(qū)動脈沖時序要求如圖2所示。G11、G2、G22、G1為4路PWM驅(qū)動，T1、T11為兩個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?，對角的開關(guān)同時導(dǎo)通，兩組對角交替開關(guān)，兩個變壓器磁芯工作在I、Ⅲ工作象限，雙向勵磁，有利于實現(xiàn)高功率密度。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/178304.htm
采用上述設(shè)計，4路PWM時序必須嚴格按照圖2所示產(chǎn)生。一般PWM驅(qū)動產(chǎn)生方法用MCU、DSP或?qū)Ｓ肐C產(chǎn)生，難以實現(xiàn)低成本和緊湊設(shè)計。文中對通用多諧振蕩器電路進行改進，分別增加兩個二極管、電阻及電容，即可輸出滿足上述要求的4路PWM驅(qū)動信號，簡化了電源設(shè)計，提高了可靠性。
1．2．2 DC-DC電源變壓器的選擇及設(shè)計
系統(tǒng)電源采用全橋驅(qū)動，磁芯工作在I、Ⅲ象限，驅(qū)動上要能夠防止磁芯飽和，同時要求效率高、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，理論計算表明，所選磁芯滿足設(shè)計的功率要求。
變壓器匝數(shù)設(shè)計是根據(jù)式(2)和式(3)計算，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)
實際調(diào)試結(jié)果為：原邊p=6匝，副邊Ns1=8匝，Ns2=5匝。
評論