单片机电源模块设计

2.2.2 15WDC／DC电源变换器的工作原理

DC／DC电源变换器的主要性能指标如下：

1）采用DPA424P型单片开关式稳压器，构成正激、隔离式、3路输出的DC／DC电源变换器模块。直流输入电压范围是36～75V，3路输出分别为5V／2.4A、7.5V／0.4A和20V／10mA，总输出功率为15.2W，开关频率为400kHz；

2）多路输出，稳压性能好，在最坏的情况下，各路输出的负载调整率指标见表1，

表1 各路输出的负载调整率指标

4）能精确设定输入线路的欠电压、过电压值；

5）具有输出过载保护、开环保护和过热保护功能。

图3中，输入端EMI滤波器由C1，L1和C2构成。R1为欠电压值／过电压值设定电阻，所设定的UUV=33.3V，UOV=86.0V。R1还能自动减小最大占空比，防止磁饱和。R2为极限电流设定电阻，取R2=13.3kΩ时，所设定的漏极极限电流ILIMIT′=0.57ILIMIT=0.57×2.50A=1.425A。稳压管VDZ2可将漏极电压箝位在安全范围以内。V1的等效栅极电容能给高频变压器提供最佳复位。

该电源以5V输出作为主输出，其他两路输出都是在此基础上获得的。由C11，R11，R12和MOS场效应管V2及V1构成5V主输出的电容耦合式同步整流器。稳压管VDZ3起箝位作用。在没有开关信号时，通过下拉电阻R13使V2关断。储能电感L2回扫绕组的电压经过VD4和C9整流滤波后，获得20V输出。高频变压器次级绕组（8－5）的电压经过VD3和C10整流滤波后获得7.5V输出。将6.8V稳压管VDZ4和二极管VD7反极性串联后作为7.5V输出的负载电阻，以改善空载稳压特性。空载时输出电压一旦超过7.5V，VDZ4就被反向击穿，利用VDZ4和VD2上的压降可将输出电压箝制在大约7.5V上。正常工作时，辅助绕组的输出电压经过VD6、C5整流滤波后给光耦合器PC357提供12～15V的偏压。R5、VD8和C16组成软启动电路，能防止在启动过程中输出过冲。

该电源模块的电源效率与输入电压的关系曲线如图6所示。

图6 电源效率与输入电压的关系曲线

2.2.3 电路设计要点

1）采用双极型功率开关管（VT）

（1）选择双极型开关管VT，要能承受较高的电压并提供足够的电流，其电流放大系数要足够高。

（2）选择R14以提供足够大的基极电流，确保能够开启DC／DC电源变换器。

（3）选择R16（典型值为10～20Ω）以限制在开关过程中产生的尖峰电流。

（4）推荐采用Fairchild公司生产的TIP29C型双极型中功率开关管，其主要参数如下：集电极—发射极击穿电压UU（BR）CEO=100V，基极最大允许电流IBM=0.4A，最大集电极电流ICM=1A，集电极最大功耗PCM=30W，hFE=75倍，fT=3.0MHz。

2）采用功率MOSFET（V3）

（1）选择R14以限制稳压管VDZ4和VDZ5的功耗。

（2）选择R15以确保在输入电压低于28V时能关闭V3。

（3）选择VDZ4的稳压值以防止在输入电压低于28V时开启V3。

（4）注意，R14及R15的电阻值还影响到VDZ4的损耗。

（5）选择VDZ5的稳压值以限制V3的最大栅－源电压（典型值应为15V）。

（6）推荐采用Philips公司生产的IRF530N型N沟道功率MOSFET。其主要参数如下：漏－源极击穿电压U（BR）DS=100V，最大漏极功耗PDM=79W，漏－源通态电阻RDS（ON）=80mΩ，跨导gFS=11S，导通时间tON=36ns，关断时间tOFF=12ns。

3 结语

特种集成开关电源的种类很多，还可以设计LED驱动电源、地面数字电视播放（DVB－T）电源及电源适配器等新产品；而LinkSwitch系列高效率恒压／恒流式三端单片开关电源、LinkSwitch－TN系列及DPA－Switch系列单片开关电源的问世，为实现中、小功率特种开关电源的优化设计创造了有利条件。