小型高效高可靠性開關電源設計研究.pdf

1、隨著電子設備向高集成度、高效率、低功耗的方向發(fā)展，其對電源系統的要求也越來越高。模塊電源由于其體積小、重量輕、應用靈活等特點，在計算機、通信、航空航天等領域得到了廣泛的應用。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)化電路設計與PCB布局，最終完成小型高效、高可靠性模塊電源的設計。
　　首先，對變壓器的相關理論做了介紹和分析。相較于傳統變壓器，平面變壓器具有體積小、漏感低、生產一致性高等諸多優(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構，其設計過程與傳統變壓器不完全一致，進而提出了針對平面變壓器的熱設計流程。
　　其次，針對平面變壓器的繞組結構進行優(yōu)化分析。在高頻工作時，平面變壓器的繞

3、組會受趨膚效應和鄰近效應的影響，其損耗以及漏感等寄生參數會發(fā)生改變。本文利用有限元電磁分析軟件 Maxwell對繞組結構仿真，結合理論對其分析說明。結果表明，采用交叉換位技術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力、較寬的輸入電壓適應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，無需復位繞組結構，具有更高的磁心利用率。隔離變壓器副邊采用自驅同步整流技術，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計，并在電源的器件選型以及PCB布局上做出優(yōu)化。
　　最后，結合平面變壓器設計成果和相關電路計，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％，