一种隔离式DCDC开关电源的设计.docVIP

一种隔离式DC/DC开关电源的设计 摘要：本文结合实例介绍了利用LM2577制作的一种隔离式DC/DC开关直流稳压电源的电路设计及相应的电路图。 关键词：DC/DC；开关电源；隔离变换器；设计；分析LM2577是National Semicnductor公司生产的一种典型的升压式集成开关电源调整器，广泛应用在许多电子产品的电源电路中。它具有外接元器件少、输入直流电源电压范围宽(3.5～40V)、输出开关电流达到3A、内部有固定频率(52kHz)振荡器、电流反馈型工作方式、有软启动、电流限制、欠压锁定和热关闭保护等功能。可以接成简单升压、隔离和多输出电压的开关电源电路。它的封装有5引脚的TO-220形式与4引脚的TO-3P形式等,输出直流电压有12V、15V和可调(ADJ)。 图1　LM2577-ADJ典型电路典型升压DC/DC电路TO-220封装形式的LM2577-ADJ典型DC/DC升压形式的直流开关稳压电源电路图如图1所示。它的内部有1.23V和2.5V能隙基准电压单元、52kHz固定频率锯齿波振荡器、RS触发器、晶体管驱动电路和峰值电流可以达到3A的晶体管，还包括峰值电流采样电阻、采样电流放大器、采样电压放大器，共同组成电压、电流误差反馈系统，以达到脉冲宽度调制(PWM)工作方式。另外，还有软启动、欠压锁定、过流限制及热关断等单元。如图1所示的直流开关稳压电源只需要外接八个元器件就可以组成一个UoUi的直接升压电源。其中反馈取样电阻R1、R2的阻值可以确定直流输出端的电压值。例如当输出直流电压为+12V时，R1的阻值为17.5kΩ,R2为2kΩ。隔离式DC/DC开关稳压电源要求利用LM2577设计一个外形尺寸仅为25.4mm×25.4mm×10.1mm(1英寸×1英寸×0.4英寸)隔离式DC/DC开关电源模块,用于医疗设备的隔离检测供电系统。该电源系统的具体要求如下：(1)输入端输入直流电源电压+12V；(2)隔离双路输出直流电源电压±12V；(3)输出最大平均电流50mA；(4)输出纹波电压小于5mV；(5)输入、输出相互隔离；(6)输入输出之间隔离击穿电压大于2000VDC；(7)具有已经给定的保护措施。设计方案典型设计的12V/±12V隔离式DC/DC开关稳压电源的电路图如图2所示。图中的IC1为LM2577-ADJ型的集成电路，脉冲变压器T1共有三个绕组：N1为主绕组；N2为辅助取样绕组；N3、N4为次级绕组；圈数相同，T1的初级、次级之间是隔离的。C1为直流输入12V的滤波电容，D1是取样绕组的整流二极管，C2为该取样电压的滤波电容，R2、R3是取样分压电阻，R1、C3组成补偿网络。D2、D3是次级输出整流二极管，IC2、IC3是小电流三端线性直流稳压电路(目的是使得输出直流电源电压更加稳定)，C4、C5和C6、C7是次级直流滤波电容。输出对称的±12V直流电源。 图2　典型设计电路图脉冲变压器的设计输出功率 Po=(Uo1+UF)Io1+/(Uo2+UF)/Io2=(12+2)×0.05+/(-12-2)/×0.05=1.4W 其中UF为整流二极管和三端稳压器的电压降之和。若效率η按照75%计算，则 Pi=Po÷η=1.4÷75%=1.9W 设PWM控制最大占空比 δmax=0.3=30% 则初级绕组N1的电感量 其中的Ui是输入的直流电源电压，f为LM2577内部振荡频率。初级绕组峰值电流初级绕组电感的储能初级绕组的匝数N1:其中Bs为磁感应强度，Ae为脉冲变压器磁心载面积则次级绕组的匝数N3、N4:辅助绕组的匝数N2:根据峰值电流的计算结果，初级绕组N1和次级绕组N3、N4均采用Φ0.1mm的高强度漆包线绕制，辅助绕组N2同样采用Φ0.1mm的高强度漆包线绕制。层间用0.1mm的聚脂薄膜绝缘。脉冲变压器T1采用TDK公司生产的EU3×5高频磁心,它是罐形磁心，高度是8mm，满足要求。为了防止磁通饱和上下两个罐形磁心之间垫有0.1mm的聚脂薄膜两层。输入滤波电容C1C1设计为330μF耐压16V。输出滤波电容C4、C5C4、C5设计为330μF耐压16V。R1、C3的设计R1、C3构成了一个使LM2577电压调整器保持稳定的极2零点补偿网络，它们的数值主要取决于反馈取样电压调整器的增益、最大直流输出电流Iomax、L1和C4、C5。调试典型的测试电路如图3所示，为了检测输出特性，±12V输出端子各自接入一个假负载电阻，按照下面公式确定其参数。P=UoIomax=12×0.05=0.6W≈1W 图3　测试电路输出电压值纹波输入电