小型低纹波DC—DC电源设计

1万 · 2014-3-20 00:21

摘要：本文详细介绍了用于航天系统的H2815D6 WG小型低纹波DC—DC电源的设计方案。电路选择、工艺布局、技术难点的解决和特点以及外形结构和使用方法。

叙词：低纹波低的交叉调整率直流变换脉宽调制有源滤波　

1．引言

在航天系统中，基本上采用分立式供电，所需模块电源多，因此要求元器件体积小、重量轻，该型号工程中要求输入纹波≤50mV，输出纹波≤10mV，同时交叉调整率≤O.5％。目前国际上先进的DC-DC模块电源要加上前，后级滤波器才能达到对纹波的要求，交叉调整率仍在3％，没有更好的办法解决。为此，要求研制小型低纹波电源，以满足该型号工程的需求。我们采用混合集成电路进行设计，使电路既能小型化，又能达到高可靠性。在结构方面，采用平行缝焊工艺，使电路既美观，密封性能又好，全面向先进的DC-DC变换器发展。

2．工作模式、元器件的确定及试验

2．1主要技术指标

主要技术指标见表l。

1万 · 2014-3-20 00:21

2．2 电路模式的确定

DC-DC拓扑类型比较多，如降压型(Buck)、升压型(Boost)、反相型(Buck-Boost)、反激型(Flyback)、正激型(Forward)、零电压(ZVS)、零电流(ZCS)型等，该电路为中小功率的DC-DC电源变换器，要求结构小，采用单端正激型较合适，因为它的结构简单，元器件少，但它的缺点是无法将双路输出纹波降到10mV以内，因此，本电路采用双端推挽型的拓扑结构(见图1)，它是将两个双端正激合并，变压器工作在第Ⅰ象限和第Ⅲ象限，提高磁芯利用率，消除了单端正激的不利因素，有利于降低纹波；同时，为节约空间，仅使用一个脉宽控制芯片，而每一路使用一组有源滤波取样放大电路，它是由取样电阻对输出电压取样，然后与基准稳压二极管比较，通过比较器控制VDMOS管导通角的大小，达到两路输出相对独立稳压，相互干扰小，这样，交叉调整率可以达到要求，纹波也较小。从图中看出，该电路中未使用隔离反馈电路，它主要是利用脉宽调制器的基准，通过分压电阻调整辅助电源的大小，而辅助电源的线圈是与变压器紧紧耦合在一起的，这样可以间接控制变压器，使电路在带载时A1、A2点的电压在土(15．IV～15．2V)，确保输出电压满足土(15土0.3)V，输入端的

纹波通过加一个滤波电路实现。

1万 · 2014-3-20 00:21

2．3元器件的确定
电路模式初步确定后，必须要进行试验验证，产品的结构尺寸已定为37.08X28.07X8.38，其内部基片有效面积为34X25，壳体内部高度仅6．3mm，因此，变压器只能用φ0905的磁罐，选定为PDK的PC50磁材，为节约空间．电感只能用GS43的表贴电感，半导体元件全部采用管芯芯片，脉宽调制器用UCl525，电路最大输出功率6W，所以，开关管采用IRFCl20，整流管采用SC060H100，既能满足电压、电流的要求，同时，尺寸较小，可以满足平面排版的要求；基准稳压二极管选用温度补偿型2DW232，在温度变化时电源输出电压变化较小，其他半导体器件尽可能选面积小、功耗低的．电路中的电容全部用陶瓷电容，可以提高产品的可靠性。
2．4电路工作原理
电源接通后，启动电路先给PWM控制器供电，PWM的两个输出端输出宽脉冲．控制两个开关管交替导通，将变压器的初级电流和电压传递到次级，经整流滤波及有源滤波稳压控制后，输出直流电压，辅助稳压电路通过与变压器耦合，反馈到PWM，调节两个开关管的导通截止时间，使输出电压达到稳压。
2．5电路工作频率设定
变压器磁材选用PC50，它的适用频率高，高频损耗小，而频率高时，有利于提高效率和产品的小型化。经过计算和实验，确定开关频率为440klHz，UCl525的定时元件电阻和电容确定为：RT=13Kω，CT=1000pF。

1万 · 2014-3-20 00:22

2．6滤波及交叉稳压电路设计

输人滤波电路采用常用的无源器件组成?见图2 。电感采用4.7μH片式电感，电容分别为0.1μF、4．7μF、1μF的片式陶瓷电容，体积都很小，滤波效果明显。

输出滤波稳压电路如图3．电感采用270μH片式电容，电容为22μF的片式陶瓷电容，稳压管Z是2DW232，稳压值是6．2V，比较器采用LM741.J型，场效应管用的是3DJ6，VDMOS管用的是P沟的，在负路中用的是N沟的。因为正、负路分别用了类似的电路，所以正、负路的输出电压分别稳压，相互之间影响极小，既达到了降低纹波的作用，同时又使电路的交叉调整率、电压调整率、负载调整率较小。