基于DPA-Switch的四路输出开关电源设计VIP免费

1引言单片开关电源集成电路具有高集成度、高性价比、外围电路简单等特点，可构成高效率、无工频变压器的隔离式开关电源。单片开关电源在成本上与同等功率的线性稳压电源相当，但其功率显著提高，体积和重量减小近一半，具有良好的应用前景。目前已有十大系列，100多种型号的产品。2DPA-Switch单片开关电源DPA-Switch系列定位于低功率的DC/DC应用领域，集成了200V功率MOSFET和低压控制电路。该系列器件除了具有传统DC/DC转换器的过温保护、电流限制、前沿消隐、脉宽调制等功能外，还包含外部可编程电流限制调节、外部同步、远程通断等多种功能。DPA-Switch系列将多种功能集成于同一引脚，可使设计的外围元件数比典型分立DC/DC转换器减少近50个，同时各种功能又互不影响。图1是DPA-Switch系列器件内部功能框图，主要由高压电流源、5.8V并联调整器、软启动电路、内部欠压比较器、电流限制调整电路、电流限制比较器、输入线欠压和过压检测电路、振荡器、过温保护电路、前沿消隐、功率MOSFET等模块构成。图1DPA-Switch内部功能模块框图上电时，漏极端(DRAIN)通过内部高压电流源提供内部偏置电流使系统启动，其工作电压范围为16V~75V.控制端(CONTROL)通过控制电流来改变DPA-Switch的占空比。电压检测端(LINESENCE)为过压OV、欠压UV锁定输入引脚，用于同步和开/关控制。限流端(EXTERNALCURRENTLIMIT)控制限流点和开/关功能。源极端(SOURCE)作为电源参考点。选频端(FREQUENCY)选择300kHz或400kHz工作频率。通过控制端外接电容的充电过程实现电路的软启动。当控制端电压Vc达到5.8V时，内部高压电流源关闭，此时由反馈控制电流向Vc供电。在正常工作模式下，由外界电路构成电压负反馈控制环，调节输出级MOSFET的占空比以实现稳压。当控制端电压低于4.8V时，MOSFET关闭，控制电路处于小电流等待状态，内部高压电流源重新接通并向Vc充电，其关断/自动复位滞回比较器可使Vc保持在4.8V~5.8V.图2是其典型电压波形，各段含义如下：(1)电源启动;(2)正常工作;(3)自启动;(4)电源关闭。在自动重启期间，占空比控制在4%左右可有效地限制器件功耗。图2典型电压波形3IGBT变频器用开关电源设计本电源是为应用在驱动异步电机的IGBT变频器环境而设计的控制电源，其输入电压取自变频器主回路直流母线电容电压，输出为多路独立直流电压。其中，主输出15V用于驱动电路，±15V用于检测及模拟回路，5V用于接口电路。开关电源技术指标：输入直流电压范围为18V~40V;四路输出设计：主输出15V,输出电流2.33A,功率35W;其他辅助输出：5V隔离输出，隔离输出2路共地的15V和-15V,每一路的输出电流为100mA,总输出功率大于40W.图3是典型DPASwitch单端正激式开关电源电路。图3典型DPA-Switch单端正激式开关电源电路3.1器件选取实际应用中选用何种型号的DPA-Switch器件，要根据转换器的最大输出功率、效率、散热以及成本等因素综合考虑。简便的方法是借助DPASwitch输出功率和耗散功率关系表。本设计选择DPA425R,其最大输出功率70W,在输出功率50W时，功耗为2.5W.3.2电路结构设计PIExpert电源设计软件是PI公司开发的一种交互式软件，可以针对相关的硬件，按照用户提出的电源规范产生具体能量转换方案。PIExpert可提供一种直观、分步的设计界面，用户可分别设定变压器、输入电容参数和所用器件。利用PIExpert软件开发平台，可以方便地选择开关电源电路拓扑、器件系列、器件封装、工作频率以及其他相关特性参数。开关电源采用同步整流和正激变换，使得对低压大电流的整流效率得到显著提高。当输入电压为24V时，电源效率经PIExpert分析大于90%,选择开关频率300kHz,主输出系统电路如图4所示。图4主输出系统电路框图3.3高频变压器设计高频变压器设计是电源设计的关键，可利用PIExpert专用软件实现。利用最大占空比DMAX=70%计算直流侧原边和主输出次边变压器变比：其中，VD为输出整流器件的正向压降;VO为主输出电压15V;VDS为DPA-Switch的漏源电压降，取1V;R是考虑各种杂散损耗因素后的综合系数，取0.95,计算出匝比是1.57.计算出变压器次级匝数，再估算初级匝数，使变压器磁芯BM工作在1000Gs~1500Gs范围，从而减小交流磁通密度对磁芯损耗的...