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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,4. 直流母线变换器,基本设计要求,直流母线变换器的基本要求主要有：在体积上，首先高度一定要符合要求，即安装高度不得超过八分之三英寸，或8.3mm。这是因为在机箱中两个插卡单位间距大约为13mm。第二，电路板面积越小越好。这不仅需要要求元器件的尺寸越来越小，而且要求各元器件的发热也得越来越小，即尽可能高的效率。由于直流母线变换器的效率可以做得非常高，所以它的体积将比稳压型DC/DC变换器模块的体积还小。,基本设计思路,应用IR公司的控制芯片和散热良好的DirectFET封装的MOSFET作为输入与输出侧的开关管；选择尽可能高的开关频率，以尽可能减小变压器和滤波/旁路电容器体积；采用多层电路板，将变压器绕组集成在电路板中，可以大大简化电路的装配难度；多层电路板的另一个优势为大电流输出时，为尽可能的减小电路板铜箔的电阻所造成的损耗，总是希望铜箔的截面积越大越好。,这在单层或双层电路板中，由于铜箔的厚度的限制往往不尽人意。采用多层电路板后，可以将诸层电路板的铜箔用在同一线路上，在相同的铜箔宽度条件下，铜箔的有效截面积将以数倍增加；多层电路板的第三个优势是可以获得尽可能小的寄生电感，减小开关损耗与电磁干扰；多层电路板的第四个优点就是散热良好。,电路拓扑的确定,由于开关管的开关性能和导通电阻与开关管的耐压直接相关，为了尽可能的降低开关管可能承受的电压，初级侧电路结构应选用全桥变换器电路结构，这样就可以应用耐压为80V的开关管，同时，在相同输出功率的条件下，流过开关管的电流为半桥变换器的一半。这个全桥变换器由IR2086S驱动；输出一般为914V（12V电压等级），所以应选用全波同步整流器，为了简化电路，输出同步整流器采用自驱动同步整流器。对于100%占空比和固定电压等级输入电压的工作条件而言，同步整流器的驱动电压在914V之间，完全可以满足MOSFET的开通性能要求。,开关频率：,决定开关频率的因素主要有体积的限制和变压器磁性材料性能的限制。在一般情况下，开关频率应在200kHz以上。作为体积与磁性材料损耗的折中，在本实例中选择开关频率为200kHz。,输出电压的选择：,直流母线变换器的输出电压将作为负载点稳压电源模块的输入电压，从变压器设计角度，直流母线变换器的输入输出电压比应该为整数。为了使负载点稳压电源模块能工作在“最佳”工作电压范围，通常负载点稳压电源模块的比较理想的输入电压范围为814V。对于48V蓄电池电压等级的直流母线变换器的输入电压，可以选择输入输出电压比为4比1（914V）或5比1（812）。,死区时间的确定：,如果开关管的开关时间允许，通常希望死区时间越小越好。在实际应用中，死区时间应大于开关管的开关时间（包括开通延迟、上升时间、关断延迟、下降时间），开关的开关性能和驱动电路的性能将决定死区时间得大小。因此，选择栅极电荷低的MOSFET至关重要。在这个设计实例中，由于采用了比较新型的MOSFET，栅极电荷比较低，同时又因为IR2086S的驱动能力很强以及输出的自驱动同步整流器采用快速关断、相对慢的开通速度可以使死区时间设置为25ns。,过电流保护：,IR2086S的过电流保护阈值为200mV，由于R2、R4、R5的分压作用，对应的电流互感器的整流输出电压应为260300mV。忽略R2、R4、R5的分流作用，R3为7.5时260300mV对应电流为4045mA。考虑在最高输入电压时的输出功率将达到280W，对应的输入电流为5.2A。电流互感器的变比为1比130，即初级为1匝，次级130匝。,打嗝延迟时间：,为了尽可能的减小自动重启动过程的损耗（由于不是零电压开关，开关损耗将明显增加，同时又有短路现象存在的可能），如无特殊要求，自动重启动的时间间隔一般为0.51秒之间。这样自动重启动过程所占的时间比例将很低。,变压器设计,变压器设计是这个直流母线变换器的一个最主要的工作之一，如果选用平面变压器安装在电路板上，不仅使电路变得复杂，而且安装起来也相对麻烦。由于这个直流母线变换器本身就是多层电路板，因此，利用多层电路板自身作为变压器和输出电感的绕组。,变压器设计,开关频率选择200kHz，选用Ferrox Cube公司的8.3mm的PQ20/16-3F3规格的磁芯。初级4匝，次级1匝，辅助绕组2匝。为了减小变压器漏感，采用初、次级间绕。初级在第3、6层电路板，5匝，两层并联；次级在第2、4、5、7层电路板，1匝，4层并联；辅助绕组在第8层电路板，绕2匝。对应的磁芯的磁感应强度为273mT。,200W直流母线变换器电路板图,300W直流母线变换器电路板图,200W直流母线变换器效率,200W直流母线变换器热图,打嗝方式的过电流保护,300W直流母线变换器效率,300W直流母线变换器热图,
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