0 引言

　　某車載設(shè)備需要一臺24V轉(zhuǎn)75 V 的大功率直流升壓電源,，首套電源設(shè)計拘泥于傳統(tǒng)的分立式設(shè)計方案,，集成度差且缺乏實際驗證，導(dǎo)致電源工作不可靠易保護(hù),，關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)未達(dá)到設(shè)計要求,。在改進(jìn)設(shè)計工作中，我們采用了目前技術(shù)成熟的高可靠的DC/DC模塊完成設(shè)計,。單個DC/DC 模塊的最高輸出電壓一般為+48V,，要得到更高的輸出電壓,，必須利用模塊的輸入輸出隔離特性，采用模塊串聯(lián)的方法實現(xiàn),。由于電源輸入電壓為+24 V,，因此本設(shè)計采用三個模塊串聯(lián)來得到75V電壓。DC/DC模塊輸出阻抗極低,，即使是三個模塊串聯(lián)其串聯(lián)輸出阻抗相對于負(fù)載仍然可以忽略不計,。

　　1 設(shè)計組成與工作原理

　　本設(shè)計以PAF600F24-28 電源模塊為核心，采用輸入并聯(lián)輸出串聯(lián)的方式,，實現(xiàn)直流24V轉(zhuǎn)75V的電壓轉(zhuǎn)換,。使用外接電位器可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)輸出電壓，輸出電壓可以在-60%耀+10%標(biāo)稱值的范圍內(nèi)調(diào)整,。單個模塊的輸出電壓最高可調(diào)至28V伊110%=30.8V,，最低輸出電壓可調(diào)至28V伊60%=16.8V。這樣三個模塊串聯(lián)使用時可以得到一個較寬的電壓輸出范圍：50.4V耀92.4V,。當(dāng)三個模塊輸出均調(diào)至25V時即得到75V電壓,。此時輸出電流為600衣25=24 A。同時本升壓電源還具有啟動控制,、電壓監(jiān)控以及過流,、過壓、過熱等一系列保護(hù)功能,，確保電源工作安全可靠,。三模塊串聯(lián)工作原理圖如圖1 所示。

　　
圖1 模塊串聯(lián)升壓原理圖

　　圖2為單個電源模塊的應(yīng)用電路,，輸入端電解電容C1 為儲能電容,，同時可以吸收模塊輸入端的電壓尖峰。C2,、C3為共模濾波電容,，采用2kV的高壓瓷片電容。D1為瞬態(tài)吸收二極管TVS,，對電壓瞬變和沖擊起到防護(hù)抑制作用,，可防止電源輸入端出現(xiàn)瞬態(tài)高壓尖峰將電源模塊損壞，TVS 還具備靜電防護(hù)功能,，對于確保模塊的工作安全意義重大,。另外，配合保險管使用還可預(yù)防輸入端出現(xiàn)意外反接而損壞模塊,。

　　
圖2 單個電源模塊的應(yīng)用電路

　　1.1 方案對比

　　圖3 為分立元件方案的升壓電源原理框圖,。該方案中，各功能單元均須單獨設(shè)計,，整個設(shè)計集成度低,。特別是隔離升壓變壓器及H橋功率變換電路,，由于不是特異型設(shè)計，只能采用常規(guī)產(chǎn)品,，導(dǎo)致體積太大,，并且整個設(shè)計未經(jīng)充分的老化試驗和實際工作的驗證，這樣往往需經(jīng)過多次反復(fù)修改和完善才能滿足設(shè)計要求,，既費時又費力,。而在DC/DC 模塊中，功率變壓器及H 型功率橋均設(shè)計成扁平的特殊形式,，集成于模塊封裝中,，大大節(jié)省了空間。并且電源模塊技術(shù)早已十分成熟,，可靠性極高,，設(shè)計者只需以模塊為核心進(jìn)行一定的外圍設(shè)計,，合理利用模塊的串,、并聯(lián)技術(shù)，根據(jù)設(shè)計需求實現(xiàn)升壓或功率擴(kuò)充,，即可設(shè)計出滿足技術(shù)指標(biāo)要求的,、性能優(yōu)良的工作高可靠的集成電源。與分立式方案相比,，設(shè)計周期縮短,，可靠性及技術(shù)指標(biāo)大大提高。

　　
圖3 分立元件方案的升壓電源原理框圖

　　1.2 共膜濾波技術(shù)

　　應(yīng)用在模塊輸入端的共模扼流圈是電路中十分有效的共膜濾波器件,，在共模干擾信號作用下,，扼流圈上兩線圈產(chǎn)生的磁通方向相同，作用相互加強(qiáng),，每一線圈電感值為單獨存在時的兩倍,。這樣對于電源產(chǎn)生的高頻共模噪聲，扼流圈等效阻抗高,。因此,，共模扼流圈對共模干擾有很強(qiáng)的抑制作用，而對差模電流呈現(xiàn)極低的阻抗,，因而對有用的直流電流損耗極小,。降低共模干擾的另一有效方法是加入旁路電容，如圖2 所示,，C2,、C3用于旁路共模電流，減少輸入線之間的噪聲,，同時也可吸收輸入端意外的電壓沖擊,。C2,、C3選用4700pF/2kV高壓瓷片電容。為防止寄生電感引入干擾,，電容引腳應(yīng)盡量短,。

　　2 保護(hù)功能設(shè)計與電磁兼容措施

　　圖1 中D1、D2,、D3 為快恢復(fù)二極管,，均為串聯(lián)方式中的保護(hù)器件，功能是防止反向電壓加到任一電源模塊上,，要求D1,、D2、D3 反向耐壓大于兩倍的電源額定輸出電壓,，電流大于兩倍的電源額定輸出電流,，正向?qū)▔航祽?yīng)盡量小。

　　圖2 中的D1,、D2 為TVS 管（浪涌電壓吸收器）,，TVS具有極短的響應(yīng)時間和相當(dāng)高的浪涌吸收能力，可抑制感性負(fù)載切換時產(chǎn)生的瞬變電壓,，也可用于保護(hù)設(shè)備或電路免受靜電以及感應(yīng)雷所產(chǎn)生的過電壓的沖擊,。TVS 以旁路吸收的方式保護(hù)了電源系統(tǒng)，同時降低了電磁干擾,，提高了電源系統(tǒng)可靠性與壽命,。使用中TVS管的擊穿電壓要比被保護(hù)電路工作電壓高10豫左右，以防止電路工作電壓接近TVS 擊穿電壓,，造成TVS 出現(xiàn)漏電流并影響電路正常工作,；還可以避免因環(huán)境溫度變化導(dǎo)致TVS 擊穿電壓落入線路正常工作電壓的范圍。        在模塊輸出電壓調(diào)整端加濾波電容有助于降低紋波,。通過在電源系統(tǒng)調(diào)整端和輸出端采用聚脂電容濾波,，電源內(nèi)部采用雙絞線走線方式等多方面濾波措施，最終使得+75V電源系統(tǒng)的輸出紋波控制在400~600mV,，滿足了+75V電源紋波電壓臆75 0mV的使用要求,。

　　3 結(jié)語

　　分立元件設(shè)計方案中，采用的元器件種類及數(shù)量繁多,，集成度低,，可靠性較差。特別是大功率的開關(guān)變壓器,、功率全橋,、散熱器等功率部件體積較大，裝配及安裝復(fù)雜,。而模塊化設(shè)計的電源體積緊湊,、形狀規(guī)則,、安裝容易。依靠機(jī)箱殼體傳導(dǎo)散熱無須設(shè)計專門的散熱器,，散熱面積大,，其工作的可靠性已在實際應(yīng)用中得到驗證。隨著DC/DC模塊技術(shù)水平的提高,，各類電源的設(shè)計手段越來越先進(jìn),，在一些要求體積小、設(shè)計質(zhì)量高,、研制周期短的電源設(shè)計任務(wù)中,，采用技術(shù)成熟的高可靠的DC/DC模塊以串聯(lián)模式完成升壓電源設(shè)計，不失為一種首選的設(shè)計手段,。

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