军用混合集成DC/DC变换器

技术分类: 电源技术  | 2005-12-06
来源:电子产品世界 | 湾福祥 刘志栋

       闭环控制回路的稳定性是整个DC/DC变换器系统正常工作必不可少的条件。由于存在滤波电感、电容相移环节,经过取样、放大、比较、脉宽调制后,就会在某个频率上满足回路增益A>1、正反馈的条件,造成闭环回路的不稳定。因此必须加入适当的校正环节,使闭环回路稳定工作。图5为在误差放大器的输入端加入校正网络,在误差放大器输入、输出之间加入校正网络构成比例积分有源校正电路的等效闭环回路。

等效闭环控制回路

图5    等效闭环控制回路

       图6为闭环回路的幅频、相频特性示意图。由此图可知,在低频段,环路增益较高,有利于降低稳态误差,在高频段,环路增益降低,回路有充分的相位余量,有利于闭环回路稳定工作。闭环回路的相位余量为100°,因此闭环回路工作是非常稳定的。   

       3.3 低输出纹波电压设计

       选用肖特基整流管,减小整流管反向恢复时间造成的输出纹波电压尖 峰;优化功率变压器结构设计,减小变压器初级漏感;采用合适的RC吸收网络,减小功率开关管的电压尖峰;采用两级LC滤波技术,合理选用输出滤波电感器、电容器,达到降低输出纹波电压的目的,使输出纹波电压典型值为10mV(峰峰值)。

环路幅频和相频特性

图6    环路幅频和相频特性

       3.4高转换效率设计   

       转换效率是混合集成DC/DC电源变换器长期高可靠工作的重要指标。在电路设计中,提高转换效率、减少热源热量的产生尤为重要。经合理设计开关频率,合理选用功率开关器件和整流二级管,精心设计功率开关器件的驱动脉冲上升沿时间,精心设计高频变压器的各绕组匝数和线径,采用电流互感器检测电流反馈信号实现过流保护,使转换效率达85%以上。   

       在大功率DC/DC电源模块中,采用电流互感器检测输入侧电流反馈信号实现过流保护,可减小电流检测电路的损耗,提高效率。图7为电流互感器检测电流反馈信号的电原理图。

电流互感器检测电流反馈信号的电原理图

图7    电流互感器检测电流反馈信号的电原理图

       4可靠性设计   

       采用降额设计技术,对VDMOS功率开关管、肖特基整流管、功率变压器等电应力和热应力较大的元器件进行降额设计。   

       VDMOS功率开关管的降额设计主要是对VDMOS功率开关管的源漏导通电流IDS、源漏击穿电压BVDS进行降额设计,应符合I级降额设计要求。   

       肖特基整流管的降额设计主要是对肖特基整流管正向平均电源ID、反向电压BVR进行降额设计,应符合I级降额设计要求。   

        功率变压器的降额设计主要是对功率变压器在常温、高温(125℃)时的最高工作磁通密度Bm进行降额设计,应符合I级降额设计要求。   

        采用分片式版图设计,大面积采用厚膜Al2O3陶瓷基板,局部用高导热率的BeO陶瓷作为主要热源器件VDMOS开关功率管IRFC230和肖特基整流二极管8TQ100的基板,将主变压器PC40P18/11Z和输出滤波电感器PC40P18/11A250直接粘结在金属底座上,并使以上热源元器件均匀地分布在管座四周边缘,减少对非热源元器件的影响,保证热分布均匀,热梯度小,避免热量集中、出现局部过热点,以利于电路内部向外界散热。      

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