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說，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)目兩路輸出功率相差很大，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輔路變壓器次級(jí)電壓的較大變化，因而無法保證輸出電壓的精度。為此，本設(shè)計(jì)采用兩路輸出來分別獨(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，并通過合理設(shè)計(jì)匝數(shù)來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采用誤差放大器來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－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)，可通過提高誤差放大器的開環(huán)增益來改善輸出調(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)品不僅要通過鑒定QCI檢驗(yàn)，還要通過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)長期可靠地工作，所以，無論從電路設(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)要盡量簡化，既要實(shí)現(xiàn)電路性能，又要簡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。