文档介绍：一种15W三路输出DC/DC模块电源的设计
引言
DC/DC模块电源已广泛用于微波通讯、航空电子、地面雷达、消防设备、医疗器械等诸多领域。其中有许多应用场合需要多路输出。如在单片机智能控制器中,单片机供电需要5V,而运放集成电路通常需要12V。在设计多路输出电源时,有许多地方不同于单路输出,需要考虑的问题较多,难度较大。比如,既要考虑变压器管脚限制、多副边变压器设计、各路的稳压电路实现,又要考虑每路轻载及满载时的负载调整率,负载的交叉调节特性。本文通过一个给单片机智能控制器供电的15W三路模块电源的设计实例,详细说明了多路输出电源的设计特点。
1 电源的设计指标
12V输入,5V/±12V三路输出模块电源的设计指标如表1所列。
表1设计指标
2 电源的设计原理
图1是针对单片机主板供电电源所设计的多路输出开关电源原理图。
图1中电感L201,L202,L203是耦合电感,L204是偏置绕组,由于受变压器管脚限制,取自耦合电感。
电路采用单端正激变换电路,当变换器接通电源时,输入直流电压经电阻R601和12V稳压管D601及三极管V601和V602组成的稳压降压电路后,启动UC3843。进入正常工作后,偏置绕组L204的供电电路开始工作,偏置绕组的输出经二极管D4整流、C601滤波后输出12V电压,高于自供电电压,使二极管D602偏,启动电路停止工作。偏置绕组为UC3843(IC301)提供工作电压(12V),变换器进入正常工作,在PWM脉宽调制方式下,各路次级绕组的输出经过各路的二极管整流、LC型滤波器滤波后,产生各路的直流输出电压。+5V输出的电压由电阻器R402和R406分压后,与可编程稳压源TL431(IC401),然后通过光耦合器(IC101)反馈到UC3843的脚2,控制脉冲的占空比,稳定5V输出。耦合电感L202及L203实现
±12V两路稳压。过流保护电阻R101和R102检测到开关管的过流信号,送入UC3843的脚3,封锁UC3843的输出信号,实现过流保护。
3 设计方案选择
DC/DC模块电源以中小功率为主,功率大都在150W之下,采用的电路拓扑以反激和正激变换器为主,有时也采用推挽变换器,电源要求体积小,设计时全部采用贴片元件。
主控芯片选择
主控芯片采用新型脉宽调制集成电路UC3843,是一种电流型控制的专用芯片,图2是UC3843原理框图。它具有欠压锁定电路,低静态电流(1mA),大电流输出,内置能隙参考电压,500kHz工作频率,低R0放大器,,非常接近线性稳压电源的调整率,低起动电流仅1mA,启动电路非常简单等特点。
稳压方式选择
对单路输出,只在输出端加稳压反馈电路即可,而对多路输出,必须视要求而定:如果各路输出电压精度都要求高,则每路都应设计独立的闭环稳压回路,这样设计难度较大;如果只有一路是重要的负载,其他路负载较轻,并对输出电压精度要求不是很严格,则只须给重要负载所在电路加反馈控制回路,其余两路开环,依靠耦合电感实现稳压。
多路输出滤波电感绕制方式选择
本例的三路输出中,5V(Uo1)是比较重要的负载,输出电流最大(2A),12V是运算放大器供电电源,允许电压在1~2V范围变化,电流较小(),所以,只在5V主路加反馈控制回路,±12V辅路的稳压性能是靠耦合电感来实现。针对本例多路输出的具体情况,输出滤波电感不宜采用独立电感,而应采用耦合电感,即将三路的输出滤波电感绕在一个磁芯上,只有5V主电路受控,输出特性较好,而±12V两路较差影响不大。
4 电源设计过程
UC3843外围电路设计
开关频率选择
二次电源产品工作频率一般选择在100kHz~400kHz之间,本例设置开关频率为250kHz,UC3843工作频率可达500kHz,脚4是Rt/Ct锯齿波振荡器的定时电阻和电容的公共端,对于UC3843而言,
式中:R是图1中的R304,;
C为图1中的C302,其值为1nF。
过流保护电路设计
图1中R101及R102为过流检测电阻,根据式ISMAX≈,这个电阻要设得很小,以降低电阻上的损耗,图1中设计为两个10Ω电阻并联。检测电压送入UC3843的脚3。
脚3电压高于1V过流保护电路就动作,使脚6停止输出矩形波,电路停止工作。脚3还要接一个RC滤波器以抑制开关管的尖峰电流,图1中这个滤波器由R103及C306组成。
反馈误差放大器设计
R302,R303及C305构成积分型调节器,电阻R302和R303的比例关系影响系统的动态特性。R302和R303的比值可以