小型机载计算机电源的设计与研究

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1、小型机载计算机电源的设计与研究

2、第1其基本工作原理为：当开关管Q1导通时（TON），电流流过变压器T1的初级线圈N1，变压器将能量以磁场的形式存储起来，由于初、次级圈相位不同，所以当电流流过初级线圈时，次级线圈N2中没有电流流过。当Q1截止时（TOFF），消失的磁场使初、次级线圈中电压极性反转，整流二极管VD导通，电流通过VD流向负载，变压器的能量释放，提供负载电压、电流。控制器占空比为：500)this.style.ouseg(this)">其中，VF为二极管正向压降；VSAT为Q1饱和电压降；Vo为输出电压；VIN为输入电压。电流临界连续时，初级绕组电感量为：500)t

3、his.style.ouseg(this)">其中，fOSC为开关频率；Pomin为轻负载时输出功率；η为转换效率；VINmin为最小输入电压；Dmax为最大占空比。3设计方案3.1回扫式控制器选择NationalSemiconductor公司最新推出的LM2588系列控制器旨在实现一种能够满足多路供电电压输出而无需进行复杂设计的高集成度电源的解决方案。系统设计者使用它能很快地开发出小型、低成本、多路供电的电源系统。500)this.style.ouseg(this)">LM2588采用7脚TO-220封装，主要包括100kHz振荡器、2.9V稳压电路、误差放大器、5A/6

4、5V的NPN开关管以及过流、过热、低电压锁定，还包括软启动、逻辑关断、逻辑控制等，内部结构如图2所示。3.2高频脉冲变压器设计设计的某机载计算机DC/DC500)this.style.ouseg(this)">U1为控制器LM2588-5.0。脉冲变压器T1共有五个绕组：N1为初级绕组，N2、N3、N4、N5为次级绕组，分别对应输出+12V0.1A、-12V0.2A、-32.5V0.05A以及+5V4A，且N2、N3圈数相同。由于回扫式控制器具有连续型和不连续型控制的特点，所以设法使其稳定就显得很重要。高频脉冲变压器的设计是整个回扫式控制电路的关键，电源的性能和优劣在很大程

5、度上取决于变压器的设计。这里选择TOKIN公司FEER28L磁芯，磁芯的有效截面积为84.7mm2，有效磁路长度为78.3mm。彩铁氧体B25材料，常温时最大磁感应强度Bm=5100Gs。3.2.1确定变压器匝比αα=N2/N1=[（1-Dmax）/Dmax]·[(Vo1+VF)/Vinmin](3)由Vinmin=24V、Vo1=5V、Dmax=0.46得出α≈0.3。3.2.2初级绕组电感量最大输出功率为：Po=(Vo1+VF)·Io1+(Vo2+VF)·Io2+(Vo3+VF)·Io3+(Vo4+VF)·Io4=26.15(控制最大占空比Dmax=42%,如果初级绕组

6、的电感量设计得大，则流过功率开关管和输出滤波电容的电流峰值小，但由于电流上升斜率小，电路抗干扰能力差且功率开关管开通电流大；电感量小时，电流脉动大，冲击电流大。因此设计电感电流工作在连续工作状态，轻负载时取额定功率的一半，由（2）式可知：500)this.style.ouseg(this)">初级绕组的峰值电流为：Ip=(2·Po)/[η·(VI·D)]=(2×26.15)/(0.85×27×0.46)=4.95(A)<5(A)(5)3.2.3初、次级绕组匝数初级绕组的电感的储能为：500)this.style.ouseg(this)">其中，Bs为磁感应度，Sc为脉

7、冲变压器产芯有效截面积；Bs=104GS,Sc=0.847平方厘米。则由（6）式可知：500)this.style.ouseg(this)">次级绕组匝数N2、N3为：N2=N3=[N1(Vo2+VF)(1-D)]/VIN·D=[10×(12+0.5)×0.54]/(27×0.46)≈6同理可得：N4≈33，N5≈3。3.2.4磁感应强度范围初级输入电流平均值为：IIN（av）=Po/(η·VIN·D)（7-1）初级电流上升值ΔI为：ΔI=VIN·TON/L（7-2）初级电流IL工作范围为：IIN（av）-ΔI/2≤IL≤IIN(av)+ΔI/2（7-3）由（7-1）、（7

8、-2）以及（7-3）三式可知，当VIN在24V～32V之间变化时，IL的工作范围在1.62A～4.62A之间变化。由：B=L·I/（N1·Sc）（7-4）得：B的工作范围为620Gs～1800Gs最高磁感应强度大约是Bm的三分之一，设计是合理的。3.3开关电源电路特性分析3.3.1电流模式稳定性当占空比大于50%时，所有电流模式控制器不可避免地要受到振荡谐波的影响而导致不稳定。为了消除振荡谐波，在回扫式控制器应用电路中，必须把被级线圈的电感量设计为大于最大值。其经验计算公式如下（单位为μH）:L≥{2.92[(VI