一種低壓DC-DC升壓電路的實(shí)現(xiàn)

　　式中： R_t─ 定時(shí)電阻（Ω）； Ct─定時(shí)電容（F）； D_max─ 最大占空比； f─ 開關(guān)頻率（Hz）。

　?。?） 變壓器設(shè)計(jì)。變壓器是DC-DC 變換的重要元件， 主要技術(shù)參數(shù)是初次級(jí)匝數(shù)比（n=N_p/N_s） 和初次級(jí)的電感量（L_p, L_s）。變壓器的初級(jí)匝數(shù)和次級(jí)匝數(shù)分別為：

　　N_p≥U_imaxD_max/2 B_mA_e

　　N_s= （U₀+U_F） N_p/U_iminD_max

　　式中： U_imax─最大輸入電壓（V）； U_imin─ 最小輸入電壓（V）； B_m─ 飽和磁通密度（T）； A_e─磁芯截面積（m²）；U_F─整流管正向壓降（V）； U₀─ 輸出電壓（V）。

　　輸出部分的設(shè)計(jì)。輸出部分主要是輸出濾波電感L和輸出電容C 構(gòu)成的LC 低通網(wǎng)絡(luò)， 電感量和電容值：

　　L≥（U₀+U_F（1-D_min））/△L_L

　　C≥△L_L/8fU_0max

　　式中： △L_L─電感脈動(dòng)電流， 一般取值△L_L= （10%~25%; I_0max（A）； D_min─最小占空比； U_0max─輸出最大紋波電壓（V）。

　?。?） 開關(guān)管和整流管的選取。開關(guān)管的最大電流I_pmax由下式求得：

　　I_pmax=（I_0max+△L_L/2） +I_MN_p/N_s

　　式中： I_M─勵(lì)磁電流（A）； I_0max─ 變壓器最大輸出電流（A）。開關(guān)管耐壓為： U_B≥2U_i.整流管的最大峰值電流I_FM為： I_FM≥I_omax+△L_L/2.整流管的反向截止電壓U_RRM≥2U_imax。

　　1.3 可靠性設(shè)計(jì)

　　可靠性設(shè)計(jì)主要是對(duì)電路中的功率元器件進(jìn)行降額設(shè)計(jì)和熱設(shè)計(jì)。降額設(shè)計(jì)可參照產(chǎn)品使用手冊(cè)， 保證其參數(shù)的合理應(yīng)用， 如電壓、電流參數(shù)的選用留有一定的余量， 這對(duì)可靠性指標(biāo)的保證有很大好處； 熱設(shè)計(jì)可在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)用合理有效的措施使電源的溫升降至最低， 提高其可靠性， 而在低溫的環(huán)境下， 對(duì)器件的溫度級(jí)別進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇， 對(duì)電容、磁芯等器件在滿足輸出指標(biāo)的低溫特性問題上也進(jìn)行適當(dāng)?shù)目紤]， 確保電源的可靠工作。

　?。?） 功率元器件的降額設(shè)計(jì)。由設(shè)計(jì)公式計(jì)算出各元器件的實(shí)際要求數(shù)值， 按降額使用的要求選取元器件。

　　磁性元件的設(shè)計(jì)： 變壓器和輸出濾波電感是DC-DC變換器的主要發(fā)熱源， 承載著很大的功率， 本電路變壓器選用的EE55 型磁芯， 電感選用的4H399 型磁環(huán)。

　　整流管： 本電路輸出電壓高、電流較小， 選用高耐壓的快恢復(fù)二極管。其具有很好的開關(guān)特性， 它的正向壓降（U_F）隨溫度的升高而降低， 可方便的串、并聯(lián)使用，可降低整流管的導(dǎo)通損耗， 有利于電路的效率。本電路輸出電壓為100V, 輸出電流為10A.因此， 選用快恢復(fù)二極管DSEI2×61-12B.

　　開關(guān)管： 功率MOSFET 具有開關(guān)速度快、損耗低、驅(qū)動(dòng)電流小、無二次擊穿現(xiàn)象、過載能力強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)， 廣泛應(yīng)用于高頻開關(guān)電源。當(dāng)輸入電壓為低壓19.2 時(shí)， 流過開關(guān)管的峰值電流取Ip≈72A; 輸入電壓為高壓28.8V 時(shí)， 漏源電壓UDS=2×28.8+U 尖峰（尖峰是變壓器漏感產(chǎn)生的）。

　?。?） 熱設(shè)計(jì)。只有減小熱阻， 提高效率， 才能提高電路的可靠性。電路的發(fā)熱元件主要是開關(guān)管、變壓器、整流管和電感等， 設(shè)計(jì)方面采取的措施包括：

　?、僭谏崞魃虾侠矸植紵嵩?， 將上述元器件分開擺放；②功率器件與散熱器的連接面均勻涂抹導(dǎo)熱硅脂， 減少熱阻， 增加熱傳導(dǎo)； ③ 進(jìn)行熱分析計(jì)算和熱設(shè)計(jì)， 確定散熱器的尺寸、風(fēng)機(jī)風(fēng)量的大小及風(fēng)道的設(shè)計(jì)。

　　1.4 電路試驗(yàn)結(jié)果

　　通過對(duì)該DC-DC 搭試電路的反復(fù)試驗(yàn)和相關(guān)指標(biāo)測(cè)試， 其結(jié)果基本滿足設(shè)計(jì)要求。電路性能指標(biāo)的測(cè)試數(shù)據(jù)見表2.該電路的主要不足之處在于變換電路和變壓器的漏感處理不理想， 導(dǎo)致初級(jí)MOSFET 上承受的峰值電壓太高， 輸入電壓為高壓28.8V 時(shí)最大可達(dá)150~160V, 采用的RC 吸收電路發(fā)熱嚴(yán)重功耗大， 同時(shí)電路的效率偏低， 需要對(duì)電路進(jìn)一步的優(yōu)化和改進(jìn)。