摘要 發(fā)現(xiàn)并證明了在設(shè)計多路大電流DC-DC變換器時，如果對每個工作模塊進(jìn)行有效隔離可避免自激情況發(fā)生。這個發(fā)現(xiàn)可更好地指導(dǎo)設(shè)計大電流多路DC-DC變換器。文中實(shí)現(xiàn)了一個三路大電流DC-DC變換器，輸入電壓19～31 V，輸出電壓15 V／5 A、5 V／3 A、3．3 V／3 A。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，文中方法達(dá)到了設(shè)計要求。
關(guān)鍵詞 DC-DC變換器；自激；有效隔離

    單片開關(guān)電源集成電路具有高集成度、高性能價格比、最簡單外圍電路、最佳性能指標(biāo)等特點(diǎn)，能構(gòu)成高效率無工頻變壓器的隔離式開關(guān)電源以及非隔離式開關(guān)電源。
    許多電子設(shè)備需要提供多個相互獨(dú)立的電源，如數(shù)碼相機(jī)、個人數(shù)字助理、移動電話等。由于電子產(chǎn)品的高穩(wěn)定性從而對其供電電源的穩(wěn)定性也提出了更高的要求。同時為最大限度地利用電能，對轉(zhuǎn)換效率也提出了更高的要求。這就需要能設(shè)計出多路輸出、高效率、高穩(wěn)定性的DC-DC變換器。文獻(xiàn)中采用了單電感多輸出DC-DC變換器，但對于多路大電流輸出時就顯得相當(dāng)困難。對于大電流的多路輸出本文仍采用各個DC-DC變換器獨(dú)立工作。文中在以往多路DC-DC變換器的基礎(chǔ)上進(jìn)行了一定程度的拓展，通過在每個DC-DC變換器的輸入級加入LC網(wǎng)絡(luò)，主要目的是獲得更高的穩(wěn)定性。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
    基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。即由3個DC-DC變換器并聯(lián)輸出。輸入電壓為19～31 V，一般由鉛酸電池提供。輸出的15 V、5 V、3．3 V主要給各種電子設(shè)備供電。DC-DC變換器基于LM2679而設(shè)計。圖2是LM2679內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖，從圖中可對其器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定的了解。

    LM2679-ADJ的主要參數(shù)，工作效率：92％；開關(guān)頻率：260 kHz；輸入電壓：8～40 V；最大輸出電流：5A。為不讓輸出電壓發(fā)生突變自帶軟啟動(SOFT-START)；可通過外接電阻對輸出進(jìn)行過流保護(hù)(CURRENT ADJUST)。[!--empirenews.page--]

2 主電路結(jié)構(gòu)及參數(shù)設(shè)計
    圖3就是BUCK的主電路模型，文中所用到的也是此種變換器，它是一種降壓變換器，其輸出電壓平均值Vo總是小于輸入電壓Vin。

    設(shè)開關(guān)S的開關(guān)周期為T，在一個周期中開關(guān)S導(dǎo)通的時間為Ton，定義占空比為
   
    BUCK變換器通過控制開關(guān)S導(dǎo)通的占空比D來控制輸出電壓Vo的大小。
    輸入電容C1，多文獻(xiàn)中均未提及此電容的設(shè)計，但是對于由單片開關(guān)電源構(gòu)成的系統(tǒng)由于其控制部分和開關(guān)管封裝在一起。所以要注意對其進(jìn)行設(shè)計，根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)一般取值大小為470μF并聯(lián)陶瓷電容47μF且兩電容緊鄰控制部分輸入端。開關(guān)管S1，主要根據(jù)其輸出電流大小、開關(guān)頻率、輸入電壓來進(jìn)行選擇。
   
    VDS為開關(guān)管S1的耐壓；ID為開關(guān)管S1的導(dǎo)通電流；I0為變換器輸出電流。
    續(xù)流二極管D1，續(xù)流二極管使用快恢復(fù)二極管，但為了進(jìn)一步降低其損耗，在電壓允許的情況下最好采用肖特基二極管。其反向擊穿電壓大于輸出電壓，正向電流大于輸出電流。
    濾波電感L1，濾波電感選取應(yīng)滿足紋波要求，所以
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    濾波電容C2，濾波電容的選取要滿足輸出電壓紋波要求。濾波電容不是理想電容，它包含等效串聯(lián)電感ESL和等效串聯(lián)電阻ESR，在500 kHz以下，等效串聯(lián)電感ESL可以忽略，輸出的紋波在很大程度上由等效串聯(lián)電阻RCO和電容值CO決定。一般對于電解電容而言，在很寬的范圍內(nèi)，RCO×CO的值為一常數(shù)，一般為50×10-6～80×10-6。通常取其平均值65×10-6。則等效串聯(lián)電阻RCO為
   
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    以上對整個BUCK變換器的設(shè)計作了大致說明。
    設(shè)計的相應(yīng)指標(biāo)：
    輸入電壓：19～31 V
    輸出電壓：15 V／5 A；5 V／3 A；3．3 V／3 A
    輸出電壓紋波：<50 mV
    相應(yīng)設(shè)計特點(diǎn)如下：
    為便于設(shè)計采用了國家半導(dǎo)體公司的集成芯片LM2679進(jìn)行設(shè)計，以便在不使用時進(jìn)行一步降低待機(jī)功耗，設(shè)計相應(yīng)使能電路即外部不需要輸出時關(guān)閉芯片輸出。如圖4中的Ctrl_ON。

    為保證在大電流輸出時各個模塊之間互不干擾，以免發(fā)生自激。在每個DC_DC模塊輸入端口均串有一個約1μH的磁珠，磁珠對模塊中產(chǎn)生的高頻分量且高阻抗，而對輸入的直流呈低阻抗，可以對各個并聯(lián)模塊之間進(jìn)行有效的隔離。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論
    通過對實(shí)際電路的PCB設(shè)計以及調(diào)試，并記錄了相應(yīng)數(shù)據(jù)及輸出電壓波形。表1給出了不同輸入電壓時整個系統(tǒng)的工作狀況，圖5～圖7給出了各模塊輸出電壓以及其輸出紋波。通過對以上數(shù)據(jù)的觀察，最終得到了與預(yù)期結(jié)果基本一致。

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    通過對上述實(shí)驗(yàn)的測試、分析得出結(jié)論：(1)設(shè)計BUCK變換器時，輸入電容容值一定要選好且位置要緊鄰控制芯片，以保證輸出電壓具有較高的負(fù)載調(diào)整率。(2)在多路并聯(lián)輸出的情況下，為防止多路串?dāng)_而發(fā)生自激情況，可以在每個模塊的輸入端串入一個1μH的小磁珠加以阻隔。(3)為進(jìn)一步降低輸出紋波，需要使用等效直流電阻較小的陶瓷電容，且為進(jìn)一步降低輸出紋波可進(jìn)行多個并聯(lián)使用。