高效率开关电源设计6课件

4.直流母线变换器基本设计要求直流母线变换器的基本要求主要有：在体积上，首先高度一定要符合要求，即安装高度不得超过八分之三英寸，或8.3mm。这是因为在机箱中两个插卡单位间距大约为13mm。第二，电路板面积越小越好。这不仅需要要求元器件的尺寸越来越小，而且要求各元器件的发热也得越来越小，即尽可能高的效率。由于直流母线变换器的效率可以做得非常高，所以它的体积将比稳压型DC/DC变换器模块的体积还小。基本设计思路应用IR公司的控制芯片和散热良好的DirectFET封装的MOSFET作为输入与输出侧的开关管；选择尽可能高的开关频率，以尽可能减小变压器和滤波/旁路电容器体积；采用多层电路板，将变压器绕组集成在电路板中，可以大大简化电路的装配难度；多层电路板的另一个优势为大电流输出时，为尽可能的减小电路板铜箔的电阻所造成的损耗，总是希望铜箔的截面积越大越好。电路拓扑的确定由于开关管的开关性能和导通电阻与开关管的耐压直接相关，为了尽可能的降低开关管可能承受的电压，初级侧电路结构应选用全桥变换器电路结构，这样就可以应用耐压为80V的开关管，同时，在相同输出功率的条件下，流过开关管的电流为半桥变换器的一半。这个全桥变换器由IR2086S驱动；输出一般为9~14V（12V电压等级），所以应选用全波同步整流器，为了简化电路，输出同步整流器采用自驱动同步整流器。对于100%占空比和固定电压等级输入电压的工作条件而言，同步整流器的驱动电压在9~14V之间，完全可以满足MOSFET的开通性能要求。

开关频率：决定开关频率的因素主要有体积的限制和变压器磁性材料性能的限制。在一般情况下，开关频率应在200kHz以上。作为体积与磁性材料损耗的折中，在本实例中选择开关频率为200kHz。输出电压的选择：直流母线变换器的输出电压将作为负载点稳压电源模块的输入电压，从变压器设计角度，直流母线变换器的输入输出电压比应该为整数。为了使负载点稳压电源模块能工作在“最佳”工作电压范围，通常负载点稳压电源模块的比较理想的输入电压范围为8~14V。对于48V蓄电池电压等级的直流母线变换器的输入电压，可以选择输入输出电压比为4比1（9~14V）或5比1（8~12）。过电流保护：IR2086S的过电流保护阈值为200mV，由于R2、R4、R5的分压作用，对应的电流互感器的整流输出电压应为260~300mV。忽略R2、R4、R5的分流作用，R3为7.5Ω时260~300mV对应电流为40~45mA。考虑在最高输入电压时的输出功率将达到280W，对应的输入电流为5.2A。电流互感器的变比为1比130，即初级为1匝，次级130匝。打嗝延迟时间：为了尽可能的减小自动重启动过程的损耗（由于不是零电压开关，开关损耗将明显增加，同时又有短路现象存在的可能），如无特殊要求，自动重启动的时间间隔一般为0.5~1秒之间。这样自动重启动过程所占的时间比例将很低。变压器设计变压器设计是这个直流母线变换器的一个最主要的工作之一，如果选用平面变压器安装在电路板上，不仅使电路变得复杂，而且安装起来也相对麻烦。由于这个直流母线变换器本身就是多层电路板，因此，利用多层电路板自身作为变压器和输出电感的绕组。200W直流母线变换器电路板