Emparro67 Hybrid 10-100-240/24 M12MURR真空電源模塊設(shè)計(jì)思路：

該高性能電源模塊要求的輸入電壓為20～35V，輸出電壓為10～10.2 V,、5～－5.2 V,，工作溫度為-55℃～＋125℃,，負(fù)載調(diào)整率和電壓調(diào)整率均小于1%，輸出紋波小于40 Mv,。下面簡(jiǎn)單介紹下該電源模塊的電路,、變壓器、可靠性,、工藝設(shè)計(jì)等方面,。

電源模塊電路設(shè)計(jì)：

在電源模塊設(shè)計(jì)中，對(duì)于兩路輸出功率不相等的模塊來(lái)說(shuō),，其設(shè)計(jì)主要有兩種方法：一是采用變壓器繞組,，并利用耦合電感和低壓穩(wěn)壓電路進(jìn)行二次穩(wěn)壓方法。二是采用變壓器次級(jí)多繞組來(lái)分別輸出兩路相對(duì)獨(dú)立的電壓,。其中方法一雖然可以提高電路的穩(wěn)定度,，保證輸出電壓的精度，但是會(huì)增加電路的損耗,，因?yàn)槎畏€(wěn)壓電路的輸入和輸出電壓差越小，穩(wěn)壓電路功耗就越小,。

該項(xiàng)目?jī)陕份敵龉β氏嗖詈艽?，分別為55W和2.5 W，主路功率變化范圍也較大,。而若采用方法二,，又由于反饋只能控制一路電壓，所以只能有一路輸出電壓的精度得到保證,，另一路電壓只能靠變壓器和濾波電感預(yù)穩(wěn),，而主路輸出功率變化較大又必然帶來(lái)輔路變壓器次級(jí)電壓的較大變化，因而無(wú)法保證輸出電壓的精度,。為此,，本設(shè)計(jì)采用兩路輸出來(lái)分別獨(dú)立地控制和反饋，這樣既可以精確控制輸出電壓,，又可以減小因二次穩(wěn)壓帶來(lái)的損耗,。

電源模塊變壓器設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)變壓器時(shí)，應(yīng)首先合理選擇磁芯材料,。磁芯材料需考慮的最主要因素是它在工作頻率處的損耗和應(yīng)用磁通密度,。確定了電源模塊工作頻率后，即可根據(jù)制造商提供的手冊(cè)確定材料的具體型號(hào),，然后查出模塊在使用環(huán)境條件下的磁通飽和密度,，再由此確定使用最大磁通密度，以保證變壓器始終不會(huì)工作在飽和點(diǎn),，提高模塊的可靠性,。確定了具體的磁芯型號(hào),、形狀和尺寸后，便可以查到該型號(hào)在125℃時(shí)的磁通飽和密度Bs,，然后根據(jù)降額設(shè)計(jì)選擇最大磁通密度為0.2Bs,，在確定BMAX后，就可以根據(jù)下式計(jì)算出變壓器的原邊匝數(shù)：

上式中Kh瓦為材料的磁滯損耗常數(shù),，Vc是磁芯體積,，單位cm3，fSW為開關(guān)頻率,，單位為Hz,，BMAX是最大工作磁通密度，單位T,。損耗與開關(guān)頻率和工作磁通密度最大值的二次方成正比,。因此，在設(shè)計(jì)時(shí),，應(yīng)在優(yōu)選具有高導(dǎo)磁率,、高頻損耗小的磁芯作變壓器磁芯的前提下，還要合理設(shè)定BMAX,，并通過(guò)合理設(shè)計(jì)匝數(shù)來(lái)減小變壓器的磁滯損耗,。

電源模塊反饋補(bǔ)償電路的設(shè)計(jì)：

負(fù)反饋環(huán)是開關(guān)電源的核心部分，它保持輸出電壓的恒定主要是通過(guò)采用誤差放大器來(lái)減小輸出電壓與理想?yún)⒖茧妷旱恼`差,，從而實(shí)現(xiàn)這一功能的,。由于實(shí)際應(yīng)用中存在負(fù)載變化和輸入電壓變化，所以要求誤差放大器對(duì)這些變化能有快速響應(yīng),，并且不會(huì)因此產(chǎn)生振蕩而造成整個(gè)系統(tǒng)的不穩(wěn)定,。

電源模塊設(shè)計(jì)誤差放大器補(bǔ)償電路應(yīng)遵循以下原則：首先在所有增益大于0dB的頻率處，其閉環(huán)相位應(yīng)不超過(guò)－360°,，在實(shí)際設(shè)計(jì)中,，一般選擇小于300°,。閉環(huán)增益的穿越頻率盡可能高，直流增益盡可能大,，這樣有利于提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度和瞬態(tài)響應(yīng),。最后，閉環(huán)增益曲線的斜率應(yīng)以－20Db/dec下降,。由于不同電源采用的控制方式不同,，相應(yīng)的補(bǔ)償方式也不同。本文采用電流型控制方式,，采用的補(bǔ)償方式為極點(diǎn)一零點(diǎn)補(bǔ)償,。這種補(bǔ)償方法在直流處有一個(gè)極點(diǎn)，可通過(guò)提高誤差放大器的開環(huán)增益來(lái)改善輸出調(diào)節(jié)性能,。在輸出濾波器極點(diǎn)頻率或以下處引入一個(gè)零點(diǎn),，可以補(bǔ)償濾波器極點(diǎn)引起的相位滯后。

其次,，應(yīng)在設(shè)計(jì)中盡可能降低噪聲的產(chǎn)生,，開關(guān)二極管反向恢復(fù)時(shí)間里引起的短路尖峰電流是造成模塊噪聲的主要原因。該設(shè)計(jì)時(shí)可采用反向恢復(fù)時(shí)間較快的肖特基二極管,，并根據(jù)具體輸出情況合理選型,，適當(dāng)降額設(shè)計(jì)也可較好的抑制噪聲。對(duì)于高頻變壓器工作時(shí)產(chǎn)生的噪聲,，可在電源模塊設(shè)計(jì)中采用去耦和屏蔽的方法來(lái)降低干擾,。

電源模塊可靠性設(shè)計(jì)：由于要求該產(chǎn)品的質(zhì)量等級(jí)高,，因此，產(chǎn)品不僅要通過(guò)鑒定QCI檢驗(yàn),，還要通過(guò)QML檢驗(yàn),。試驗(yàn)條件按GJB548A－96和GJB2438A－2002要求進(jìn)行。本產(chǎn)品所經(jīng)受的試驗(yàn)相當(dāng)嚴(yán)酷,，由于要求產(chǎn)品在全溫范圍－55℃～＋125℃內(nèi)長(zhǎng)期可靠地工作,，所以，無(wú)論從電路設(shè)計(jì)還是工藝結(jié)構(gòu)上,，都要考慮到可靠性設(shè)計(jì),。

電源模塊可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)：從設(shè)計(jì)上考慮，電路結(jié)構(gòu)要盡量簡(jiǎn)化,，既要實(shí)現(xiàn)電路性能,，又要簡(jiǎn)化元器件的品種與數(shù)量，減小因元器件的失效造成可靠性的降低,。其次,，初步設(shè)計(jì)完成后還要采用可靠性綜合分析軟件進(jìn)行分析和驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)不足之處,，再進(jìn)行改進(jìn)和提高,。最后合理設(shè)計(jì)各項(xiàng)參數(shù)，使產(chǎn)品工作在最佳狀態(tài),。

電源模塊降額設(shè)計(jì)：元器件的電應(yīng)力包括電流應(yīng)力及電壓應(yīng)力,，元器件的降額設(shè)計(jì)能有效提高產(chǎn)品的可靠性。降額系數(shù)一般為0.5～0.8倍,。例如輸入電壓為1 6～40V,，采用的輸入電容器的額定電壓為50V，且應(yīng)具有2.5倍的耐壓能力,。輸出電壓為5V,，采用的整流二極管反向耐壓為45 V。輸出電壓為10 V,，所選用的整流二極管的反向耐壓為100 V等等,。