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DC-DC模块电源电路方案如何设计最有效?

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文章出处:2127金沙赌乐场责任编辑:admin人气:-发表时间:2015-09-04 14:45
     在工业系统中,将多个大功率的模块电源通过并联方式实现均流可以有效保证输出电压的稳定,也能够维系整个系统的正常工作运行。那么,工程师在面对DC-DC变换电路的设计时,应该如何保证这种多个电源模块并联电路的设计是最有效的呢?下面我们将会通过一个案例,来进行具体的分析。
 
     相信很多工程师都非常了解DC-DC变换电路,这种电路是将一组电参数的直流电能转换为另一组电参数的直流电能的电路。根据工业系统正常的60%以上输出功率的要求,模块须采用DC-DC降压变换电路(Buck电路)以此实现8V直流输出电压。Buck电路的实现可以由分离原件与专用集成芯片组成。下面我们将会对三种不同的设计思路进行综合比对。
 
     首先我们来看第一种设计方案,该方案通过采用PWM控制的高频开关变压器的方式来实现变换电路的设计。如下图所示,反激式DC-DC变换器开关管(Tr)导通时,变压积能量,截止时输出能量。反激式优点是:结构简单、外围元件少,要扼流圈和续流二极管。输出电压公式为:
 
     当多个电源模块进行并联时,由于在该系统中是由一个PWM控制器同时控两路,两路的开关管在高频下始终是导通和关断的,所以电容上始终保持同时充电和放电,因此并联时两路电流始终保持相等。缺点是:变压器存在漏感,将在原边形成很大电压尖峰,可能击穿开关器件,且负载调整率差、电源效率低。同时,由于在整个系统中电源能量均由变压器T储存,体积较大,而且需要开气隙。
 
     接下来我们来看第二种设计思路。第二个DC-DC电源模块并联电路的设计中,采用了TI公司的PWM控制芯片TL494,驱动P沟道MOS管IRF9630。TL494内部集成两个误差放大器,通过反馈能对PWM信号的占空比进行调节,内部自带5V基准,这种方式能够对输出电压实现精确控制。
 
     除了上面提及的两种设计思路之外,还有第三种DC-DC电源模块并联电路的设计方案,那就是采用开关电压调节芯片LM2596-ADJ实现多个电源模块的并联和均流输出。LM2596能够输出3A的驱动电流,同时具有很好的线性和负载调节特性。可调版本可以输出小于37V的各种电压。该器件内部集成频率补偿和固定频率发生器,开关频率为150KHz,与低频开关调节器相比较,可以使用更小规格的滤波元件。由于该器件只需外接少量元件,使用方便。
 
    在详细的对以上三种方案进行介绍和分析之后,我们可以比较清楚的发现,虽然三种设计方法都能满足电源效率不低于为60%,但是方案二需要使用PWM控制芯片TL494,所接外部器件比较多,而且需要自制高频开关变压器,性能无法得到保证。因此,在综合比较之后,第三种采用LM2596芯片作为DC-DC模块的主器件,具有可靠,稳定的性能,改变外部电阻可以较好的控制,比较适合目前国内的工业控制系统需求。
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