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1、4. 4. 直流母线变换器直流母线变换器 基本设计要求基本设计要求 直流母线变换器的基本要求主要有：在体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，或高度不得超过八分之三英寸，或8.3mm8.3mm。 这是因为在机箱中两个插卡单位间距大约这是因为在机箱中两个插卡单位间距大约 为为13mm13mm。第二，电路板面积越小越好。这。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，即且要求各元器件的发热也得越来越小，即
2、尽可能高的效率。由于直流母线变换器的尽可能高的效率。由于直流母线变换器的 效率可以做得非常高，所以它的体积将比效率可以做得非常高，所以它的体积将比 稳压型稳压型DC/DCDC/DC变换器模块的体积还小。变换器模块的体积还小。 基本设计思路基本设计思路 应用应用IRIR公司的控制芯片和散热良好的公司的控制芯片和散热良好的 DirectFETDirectFET封装的封装的MOSFETMOSFET作为输入与输出作为输入与输出 侧的开关管；选择尽可能高的开关频率，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以尽可能减小变压器和滤波/ /旁路电容器体旁路电容器体 积；采用多层电路板，将
3、变压器绕组集成积；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所造成的损耗，总是希望铜箔的截面积越 大越好。大越好。 这在单层或双层电路板中，由于铜箔的厚这在单层或双层电路板中，由于铜箔的厚 度的限制往往不尽人意。采用多层电路板度的限制往往不尽人意。采用多层电路板 后，可以将诸层电路板的铜箔用在同一线后，可以将诸层电路板的铜箔用在同一线 路上，在相同
4、的铜箔宽度条件下，铜箔的路上，在相同的铜箔宽度条件下，铜箔的 有效截面积将以数倍增加；多层电路板的有效截面积将以数倍增加；多层电路板的 第三个优势是可以获得尽可能小的寄生电第三个优势是可以获得尽可能小的寄生电 感，减小开关损耗与电磁干扰；多层电路感，减小开关损耗与电磁干扰；多层电路 板的第四个优点就是散热良好。板的第四个优点就是散热良好。 电路拓扑的确定电路拓扑的确定 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的电压，初级侧
5、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结构，这样就可以应用耐压为80V80V的开关管，同的开关管，同 时，在相同输出功率的条件下，流过开关管的电时，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。这个全桥变换器由流为半桥变换器的一半。这个全桥变换器由 IR2086SIR2086S驱动；输出一般为驱动；输出一般为914V914V（12V12V电压等级电压等级 ），所以应选用全波同步整流器，为了简化电路），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，输出同步整流器采用自驱动同步整流器。对于 100%100%占空比和固定电压等级
6、输入电压的工作条件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而言，同步整流器的驱动电压在914V914V之间，完之间，完 全可以满足全可以满足MOSFETMOSFET的开通性能要求。的开通性能要求。 开关频率：开关频率： 决定开关频率的因素主要有体积的限制和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。在一般情况变压器磁性材料性能的限制。在一般情况 下，开关频率应在下，开关频率应在200kHz200kHz以上。作为体积以上。作为体积 与磁性材料损耗的折中，在本实例中选择与磁性材料损耗的折中，在本实例中选择 开关频率为开关频率为200kHz200kHz
7、。 输出电压的选择：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应该为整数。为了使负载点稳压电源模块 能工作在能工作在“ “最佳最佳” ”工作电压范围，通常负载工作电压范围，通常负载 点稳压电源模块的比较理想的输入电压范点稳压电源模块的比较理想的输入电压范 围为围为814V814V。对于。对于48V48V蓄电池电压等级的直蓄电池电压等级的直 流母线变换器的输入电压，
8、可以选择输入流母线变换器的输入电压，可以选择输入 输出电压比为输出电压比为4 4比比1 1（914V914V）或）或5 5比比1 1（ 812812）。）。 死区时间的确定：死区时间的确定： 如果开关管的开关时间允许，通常希望死区时间如果开关管的开关时间允许，通常希望死区时间 越小越好。在实际应用中，死区时间应大于开关越小越好。在实际应用中，死区时间应大于开关 管的开关时间（包括开通延迟、上升时间、关断管的开关时间（包括开通延迟、上升时间、关断 延迟、下降时间），开关的开关性能和驱动电路延迟、下降时间），开关的开关性能和驱动电路 的性能将决定死区时间得大小。因此，选择栅极的性能将决定死区时间得
9、大小。因此，选择栅极 电荷低的电荷低的MOSFETMOSFET至关重要。在这个设计实例中至关重要。在这个设计实例中 ，由于采用了比较新型的，由于采用了比较新型的MOSFETMOSFET，栅极电荷比，栅极电荷比 较低，同时又因为较低，同时又因为IR2086SIR2086S的驱动能力很强以及的驱动能力很强以及 输出的自驱动同步整流器采用快速关断、相对慢输出的自驱动同步整流器采用快速关断、相对慢 的开通速度可以使死区时间设置为的开通速度可以使死区时间设置为25ns25ns。 过电流保护：过电流保护： IR2086SIR2086S的过电流保护阈值为的过电流保护阈值为200mV200mV，由，由 于于R
10、2R2、R4R4、R5R5的分压作用，对应的电流互的分压作用，对应的电流互 感器的整流输出电压应为感器的整流输出电压应为260300mV260300mV。忽。忽 略略R2R2、R4R4、R5R5的分流作用，的分流作用，R3R3为为7.57.5时时 260300mV260300mV对应电流为对应电流为4045mA4045mA。考虑在。考虑在 最高输入电压时的输出功率将达到最高输入电压时的输出功率将达到280W280W， 对应的输入电流为对应的输入电流为5.2A5.2A。电流互感器的变。电流互感器的变 比为比为1 1比比130130，即初级为，即初级为1 1匝，次级匝，次级130130匝。匝。 打
11、嗝延迟时间：打嗝延迟时间： 为了尽可能的减小自动重启动过程的损耗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（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），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如无特殊要求，自动重启动的时间间隔一 般为般为0.510.51秒之间。这样自动重启动过程所秒之间。这样自动重启动过程所 占的时间比例将很低。占的时间比例将很低。 变压器设计变压器设计 变压器设计是这个直流母线变换器的一个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最主要的工作之一，如
12、果选用平面变压器 安装在电路板上，不仅使电路变得复杂，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，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利用多层电路板自身作为变压器和输出电 感的绕组。感的绕组。 变压器设计变压器设计 开关频率选择开关频率选择200kHz200kHz，选用，选用Ferrox CubeFerrox Cube公公 司的司的8.3mm8.3mm的的PQ20/16-3F3PQ20/16-3F3规格的磁芯。规格的磁芯。 初级初级4 4匝，次级匝，次级
13、1 1匝，辅助绕组匝，辅助绕组2 2匝。为了减匝。为了减 小变压器漏感，采用初、次级间绕。初级小变压器漏感，采用初、次级间绕。初级 在第在第3 3、6 6层电路板，层电路板，5 5匝，两层并联；次级匝，两层并联；次级 在第在第2 2、4 4、5 5、7 7层电路板，层电路板，1 1匝，匝，4 4层并联层并联 ；辅助绕组在第；辅助绕组在第8 8层电路板，绕层电路板，绕2 2匝。对应匝。对应 的磁芯的磁感应强度为的磁芯的磁感应强度为273mT273mT。 200W200W直流母线变换器电路板图直流母线变换器电路板图 300W300W直流母线变换器电路板图直流母线变换器电路板图 200W200W直流母线变换器效率直流母线变换器效率 200W200W直流母线变换器热图直流母线变换器热图 打嗝方式的过电流保护打嗝方式的过电流保护 300W300W直流母线变换器效率直流母线变换器效率 300W300W直流母线变换器热图直流母线变换器热图 人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。
