單片機電源模塊設計

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如下：

1）采用DPA424P型單片開關式穩(wěn)壓器，構成正激、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，開關頻率為400kHz；

2）多路輸出，穩(wěn)壓性能好，在最壞的情況下，各路輸出的負載調整率指標見表1，

表1 各路輸出的負載調整率指標

4）能精確設定輸入線路的欠電壓、過電壓值；

5）具有輸出過載保護、開環(huán)保護和過熱保護功能。

圖3中，輸入端EMI濾波器由C1，L1和C2構成。R1為欠電壓值／過電壓值設定電阻，所設定的UUV=33.3V，UOV=86.0V。R1還能自動減小最大占空比，防止磁飽和。R2為極限電流設定電阻，取R2=13.3kΩ時，所設定的漏極極限電流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。V1的等效柵極電容能給高頻變壓器提供最佳復位。

該電源以5V輸出作為主輸出，其他兩路輸出都是在此基礎上獲得的。由C11，R11，R12和MOS場效應管V2及V1構成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。在沒有開關信號時，通過下拉電阻R13使V2關斷。儲能電感L2回掃繞組的電壓經(jīng)過VD4和C9整流濾波后，獲得20V輸出。高頻變壓器次級繞組（8－5）的電壓經(jīng)過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輸出的負載電阻，以改善空載穩(wěn)壓特性。空載時輸出電壓一旦超過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，輔助繞組的輸出電壓經(jīng)過VD6、C5整流濾波后給光耦合器PC357提供12～15V的偏壓。R5、VD8和C16組成軟啟動電路，能防止在啟動過程中輸出過沖。

該電源模塊的電源效率與輸入電壓的關系曲線如圖6所示。

圖6 電源效率與輸入電壓的關系曲線

2.2.3 電路設計要點

1）采用雙極型功率開關管（VT）

（1）選擇雙極型開關管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，確保能夠開啟DC／DC電源變換器。

（3）選擇R16（典型值為10～20Ω）以限制在開關過程中產(chǎn)生的尖峰電流。

（4）推薦采用Fairchild公司生產(chǎn)的TIP29C型雙極型中功率開關管，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時能關閉V3。

（3）選擇VDZ4的穩(wěn)壓值以防止在輸入電壓低于28V時開啟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gFS=11S，導通時間tON=36ns，關斷時間tOFF=12ns。

3 結語

特種集成開關電源的種類很多，還可以設計LED驅動電源、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／恒流式三端單片開關電源、LinkSwitch－TN系列及DPA－Switch系列單片開關電源的問世，為實現(xiàn)中、小功率特種開關電源的優(yōu)化設計創(chuàng)造了有利條件。