單片機(jī)電源模塊設(shè)計(jì)

2.2.2 15WDC／DC電源變換器的工作原理

DC／DC電源變換器的主要性能指標(biāo)如下：

1）采用DPA424P型單片開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓器，構(gòu)成正激、隔離式、3路輸出的DC／DC電源變換器模塊。直流輸入電壓范圍是36～75V，3路輸出分別為5V／2.4A、7.5V／0.4A和20V／10mA，總輸出功率為15.2W，開(kāi)關(guān)頻率為400kHz；

2）多路輸出，穩(wěn)壓性能好，在最壞的情況下，各路輸出的負(fù)載調(diào)整率指標(biāo)見(jiàn)表1，

表1 各路輸出的負(fù)載調(diào)整率指標(biāo)

4）能精確設(shè)定輸入線路的欠電壓、過(guò)電壓值；

5）具有輸出過(guò)載保護(hù)、開(kāi)環(huán)保護(hù)和過(guò)熱保護(hù)功能。

圖3中，輸入端EMI濾波器由C1，L1和C2構(gòu)成。R1為欠電壓值／過(guò)電壓值設(shè)定電阻，所設(shè)定的UUV=33.3V，UOV=86.0V。R1還能自動(dòng)減小最大占空比，防止磁飽和。R2為極限電流設(shè)定電阻，取R2=13.3kΩ時(shí)，所設(shè)定的漏極極限電流ILIMIT′=0.57ILIMIT=0.57×2.50A=1.425A。穩(wěn)壓管VDZ2可將漏極電壓箝位在安全范圍以內(nèi)。V1的等效柵極電容能給高頻變壓器提供最佳復(fù)位。

該電源以5V輸出作為主輸出，其他兩路輸出都是在此基礎(chǔ)上獲得的。由C11，R11，R12和MOS場(chǎng)效應(yīng)管V2及V1構(gòu)成5V主輸出的電容耦合式同步整流器。穩(wěn)壓管VDZ3起箝位作用。在沒(méi)有開(kāi)關(guān)信號(hào)時(shí)，通過(guò)下拉電阻R13使V2關(guān)斷。儲(chǔ)能電感L2回掃繞組的電壓經(jīng)過(guò)VD4和C9整流濾波后，獲得20V輸出。高頻變壓器次級(jí)繞組（8－5）的電壓經(jīng)過(guò)VD3和C10整流濾波后獲得7.5V輸出。將6.8V穩(wěn)壓管VDZ4和二極管VD7反極性串聯(lián)后作為7.5V輸出的負(fù)載電阻，以改善空載穩(wěn)壓特性?？蛰d時(shí)輸出電壓一旦超過(guò)7.5V，VDZ4就被反向擊穿，利用VDZ4和VD2上的壓降可將輸出電壓箝制在大約7.5V上。正常工作時(shí)，輔助繞組的輸出電壓經(jīng)過(guò)VD6、C5整流濾波后給光耦合器PC357提供12～15V的偏壓。R5、VD8和C16組成軟啟動(dòng)電路，能防止在啟動(dòng)過(guò)程中輸出過(guò)沖。

該電源模塊的電源效率與輸入電壓的關(guān)系曲線如圖6所示。

圖6 電源效率與輸入電壓的關(guān)系曲線

2.2.3 電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1）采用雙極型功率開(kāi)關(guān)管（VT）

（1）選擇雙極型開(kāi)關(guān)管VT，要能承受較高的電壓并提供足夠的電流，其電流放大系數(shù)要足夠高。

（2）選擇R14以提供足夠大的基極電流，確保能夠開(kāi)啟DC／DC電源變換器。

（3）選擇R16（典型值為10～20Ω）以限制在開(kāi)關(guān)過(guò)程中產(chǎn)生的尖峰電流。

（4）推薦采用Fairchild公司生產(chǎn)的TIP29C型雙極型中功率開(kāi)關(guān)管，其主要參數(shù)如下：集電極—發(fā)射極擊穿電壓UU（BR）CEO=100V，基極最大允許電流IBM=0.4A，最大集電極電流ICM=1A，集電極最大功耗PCM=30W，hFE=75倍，fT=3.0MHz。

2）采用功率MOSFET（V3）

（1）選擇R14以限制穩(wěn)壓管VDZ4和VDZ5的功耗。

（2）選擇R15以確保在輸入電壓低于28V時(shí)能關(guān)閉V3。

（3）選擇VDZ4的穩(wěn)壓值以防止在輸入電壓低于28V時(shí)開(kāi)啟V3。

（4）注意，R14及R15的電阻值還影響到VDZ4的損耗。

（5）選擇VDZ5的穩(wěn)壓值以限制V3的最大柵－源電壓（典型值應(yīng)為15V）。

（6）推薦采用Philips公司生產(chǎn)的IRF530N型N溝道功率MOSFET。其主要參數(shù)如下：漏－源極擊穿電壓U（BR）DS=100V，最大漏極功耗PDM=79W，漏－源通態(tài)電阻RDS（ON）=80mΩ，跨導(dǎo)gFS=11S，導(dǎo)通時(shí)間tON=36ns，關(guān)斷時(shí)間tOFF=12ns。

3 結(jié)語(yǔ)

特種集成開(kāi)關(guān)電源的種類(lèi)很多，還可以設(shè)計(jì)LED驅(qū)動(dòng)電源、地面數(shù)字電視播放（DVB－T）電源及電源適配器等新產(chǎn)品；而LinkSwitch系列高效率恒壓／恒流式三端單片開(kāi)關(guān)電源、LinkSwitch－TN系列及DPA－Switch系列單片開(kāi)關(guān)電源的問(wèn)世，為實(shí)現(xiàn)中、小功率特種開(kāi)關(guān)電源的優(yōu)化設(shè)計(jì)創(chuàng)造了有利條件。