小型高效高可靠性開關(guān)電源設(shè)計研究.pdf

1、隨著電子設(shè)備向高集成度、高效率、低功耗的方向發(fā)展，其對電源系統(tǒng)的要求也越來越高。模塊電源由于其體積小、重量輕、應(yīng)用靈活等特點，在計算機、通信、航空航天等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。與此同時，對模塊電源的工作效率、功率密度、可靠性方面提出了更高要求。
　　半導體器件的飛速發(fā)展為模塊電源帶來了更高的集成度與效率，相比之下，體積占比最大的功率磁性器件的發(fā)展則相對較慢。本文從模塊電源中發(fā)熱量最大、功耗最高的變壓器出發(fā)，提升變壓器的效率與可靠性。

2、采用有源鉗位正激電路拓撲，優(yōu)化電路設(shè)計與PCB布局，最終完成小型高效、高可靠性模塊電源的設(shè)計。
　　首先，對變壓器的相關(guān)理論做了介紹和分析。相較于傳統(tǒng)變壓器，平面變壓器具有體積小、漏感低、生產(chǎn)一致性高等諸多優(yōu)點，非常適用于小型隔離 DC/DC模塊電源。由于平面變壓器特殊的結(jié)構(gòu)，其設(shè)計過程與傳統(tǒng)變壓器不完全一致，進而提出了針對平面變壓器的熱設(shè)計流程。
　　其次，針對平面變壓器的繞組結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化分析。在高頻工作時，平面變壓器的繞

3、組會受趨膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)的影響，其損耗以及漏感等寄生參數(shù)會發(fā)生改變。本文利用有限元電磁分析軟件 Maxwell對繞組結(jié)構(gòu)仿真，結(jié)合理論對其分析說明。結(jié)果表明，采用交叉換位技術(shù)能有效降低平面變壓器的漏感和繞組損耗。利用ANSYS Workbench軟件平臺對所設(shè)計的平面變壓器電磁-熱耦合分析，仿真得到的變壓器溫升滿足設(shè)計要求。
　　接著，分析了有源鉗位正激電路拓撲，其具有較低的電壓應(yīng)力、較寬的輸入電壓適應(yīng)范圍以及較高的工作效率，適用

4、于各類中小功率電源。并且與單端正激變換器相比，無需復位繞組結(jié)構(gòu)，具有更高的磁心利用率。隔離變壓器副邊采用自驅(qū)同步整流技術(shù)，能有效降低肖特基整流二極管帶來的傳輸損耗。采用TI公司LM5025D控制芯片，完成電源功率級和控制級電路設(shè)計，并在電源的器件選型以及PCB布局上做出優(yōu)化。
　　最后，結(jié)合平面變壓器設(shè)計成果和相關(guān)電路計，最終完成模塊電源樣機的制作。模塊電源在室溫，標準輸入28V，輸出5V、12A條件下進行測試，其效率約為92％，