Buck DC／DC變換器在星載開關(guān)電源中的應(yīng)用

輸出1電壓為接UCx843時(shí)的電壓；輸出2電壓為接MOSFET管時(shí)電壓。
2．2．4 PWM控制電路
該電路由PWM及外圍的電阻、電容組成。其主要功能為：用于產(chǎn)生振蕩波，進(jìn)行穩(wěn)壓反饋、軟啟動(dòng)、過(guò)流保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)等多種功能，是DC／DC變換器的核心部分。在DC／DC變換器的設(shè)計(jì)中，開關(guān)頻率確定為(200+50)kHz。
振蕩電路參數(shù)的計(jì)算公式為：
RTCT=k／f (6)
式中：RT，CT為振蕩電阻、電容；k為振蕩器充放電系數(shù)。
當(dāng)RT≥5 kΩ時(shí)，k=1．72；當(dāng)RT5 kΩ時(shí)，k在0．6～0．65間取值。其中，CT取(4 700+100)pF，RT的參數(shù)范圍為1～2kΩ。
應(yīng)用該器件時(shí)，主要采用以下技術(shù)措施：①降壓使用該器件(10～14 V)，減小電壓應(yīng)力和功耗，提高使用可靠性：②外圍電路中的元件盡可能分布在該器件附近，減小電路分布參數(shù)的影響；③在印制電路板設(shè)計(jì)時(shí)，使用平面地。
2．2．5 功率變換電路
該電路采用傳統(tǒng)的Buck電路。其作用是：將PWM電路產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行功率放大，使一次母線電壓／功率轉(zhuǎn)換成用電設(shè)備所需要的電壓／功率。Buck電路實(shí)際上就是Buck斬波器，輸出濾波電感L3的參數(shù)設(shè)計(jì)十分關(guān)鍵，它既起濾波作用又起儲(chǔ)能作用，L3的表達(dá)式為：
L3=(Umax-Uo)Ton／(0．02Io) (7)
式中：Umax為輸入電壓最大值；Uo為輸出電壓額定值；Io為輸出額定電流。
經(jīng)計(jì)算L3=770 μH，假定Buck電路從連續(xù)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴贿B續(xù)狀態(tài)的臨界電流值是額定輸出電流的1％，即35mA。
在漆包線規(guī)格選擇上，主要考慮變換器的總功率和確定規(guī)格漆包線的過(guò)電流能力。DC／DC變換器的額定輸出功率為100 W(28．5 Vx3．5 A)，選擇線徑為0．31mm的漆包線繞制。按5A／mm2的電流密度計(jì)算，L3需要φ0．31mm漆包線的并繞根數(shù)L=3．5／[5x(0．31／2)2π]=9．3，取L=10。
以上關(guān)于漆包線并繞根數(shù)的計(jì)算是在要求的額定電流下進(jìn)行的，需要說(shuō)明的是以上漆包線容許過(guò)電流的計(jì)算是按5 A／mm2的電流密度計(jì)算的，這是一個(gè)非常保守的取值，一般按8 A／mm2甚至10 A／mm2的電流密度計(jì)算。
2．2．6 過(guò)流保護(hù)電路
本電路方案的過(guò)流保護(hù)電路沒(méi)有采用電流采樣信號(hào)輸入到UC1843的ILIM端，利用該腳電流監(jiān)測(cè)端的功能，當(dāng)輸出負(fù)載大于設(shè)定的保護(hù)點(diǎn)時(shí)，源端電流采樣信號(hào)在取樣電阻(或電流互感器)上的電壓大于1 V，PWM1843的輸出脈沖關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)限流輸出。當(dāng)用過(guò)載現(xiàn)象消除后，DC／DC變換器自動(dòng)恢復(fù)輸出這一方案，原因是這一過(guò)流保護(hù)方案在輸出完全短路時(shí)，電源自耗功過(guò)大，長(zhǎng)時(shí)間下可能將電源自身燒壞。因此，電流環(huán)僅起閉環(huán)調(diào)節(jié)的作用。
過(guò)流保護(hù)電路由電流互感器、三極管、電阻和電容組成。當(dāng)輸出負(fù)載大于設(shè)定的保護(hù)點(diǎn)時(shí)，三極管導(dǎo)通，UC1843的COMP端被拉到地，脈寬調(diào)制器無(wú)輸出，電源實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)，當(dāng)用過(guò)載現(xiàn)象消除后，DC／DC變換器自動(dòng)恢復(fù)輸出。該過(guò)流保護(hù)電路的優(yōu)點(diǎn)是電源輸出長(zhǎng)時(shí)間處于短路狀態(tài)，電源本身不會(huì)損壞。
2．2．7 過(guò)壓保護(hù)電路
發(fā)生過(guò)壓時(shí)，電路通過(guò)降低消浪涌MOSFET的柵極電壓來(lái)增大MOSFET的漏-源導(dǎo)通電阻，從而實(shí)現(xiàn)過(guò)壓保護(hù)的功能。通過(guò)對(duì)電路進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)可知，電路很好地實(shí)現(xiàn)了過(guò)壓保護(hù)的功能。需要說(shuō)明的是過(guò)壓保護(hù)只考慮主功率MOSFET管短路一種情況。圖3示出UC1843輸出波形uco和RCC啟動(dòng)電路三極管集-射極電壓uce波形。

3 結(jié)論
介紹的42 V轉(zhuǎn)28 V Buck DC／DC變換器相對(duì)于隔離型開關(guān)電源的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換效率高，可作為星載設(shè)備的二次母線使用，如果輸出整流電路采用同步整流技術(shù)，轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到98％以上。