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DC-DC变换器的设计方案

一种模块化高效DC-DC变换器的开发与研制

设计方案

一、设计任务：设计一个将220VDC升高到600VDC的DC-DC变换器。在电阻负载下，要求如下：

1、输入电压=220VDC，输出电压=600VDC。

2、输出额定电流=2.5A，最大输出电流

=3A。

3、当输入在小范围内变化时，电压调整率SV

≤2%〔在=2.5A时〕。

4、当在小范围你变化时，负载调整率SI≤5%

〔在=220VDC时〕。

5、要求该变换器的在满载时的效率η≥90%。

6、输出噪声纹波电压峰-峰值 ≤1V〔在

=220VDC， =600VDC，=2.5A条件下〕。

7、要求该变换器具有过流保护功能，动作电流设定在3A。

8、设计相关均流电路，实现多个模块之间的并

联输出。

二、设计方案分析

1、DC-DC升压变换器的整体设计方案

晶体管IGBT、储能电容C和RC放电电路组

成；高频变压器电路由一个工作频率为20KHz的升压变压器和一个隔直电容组成；整流电路局部采用桥式整流的设计方案，由四个快速恢复二极管构成，实现将逆变产生的纹波电流变换为直流方波电流；输出滤波电路采用LC滤波电路的设计方案。

全桥直电路的工作原理是：直流电压 经过Q1～Q4组成的全桥开关变换电路，在高频变压器初级得到高频交流方波电压，经变压器降压，再全波整流变换成直流方波，最后通过电感L、电容C组成的滤波器，在R上得到平直的直流电压。

全桥直

流变换器由全桥逆变器、高频变压器和输出整流、滤波电路组成，也属于直流-交流-直流变换器。

当控制信号为高电平时，开关管Q1/Q4导

通，开关管Q2/Q3截止；当控制信号为低电平时，开关管Q1/Q4截止，开关管Q2/Q3导通一正一负，相间交替，实现了将直流电流逆变为锯齿纹波的功能。

3、DC-DC变换器稳压原理

通过输出电压的关系式可以看出，在输入电压或负载变化，要保证输出电压保持稳定时，可以采

用两种方案。第一可以维持开关管的截止时间

TOFF不变，通过转变脉冲的频率f来维持输出电压 的稳定，这便是脉冲频率调制〔PFM〕掌握方式DC-DC变换器；其次可以保持脉冲的周期T不变，通过改变开关管的导通时间TON，即脉冲的占空比q，以实现输出电压的稳定，这就是脉宽调制〔PWM〕控制方式DC-DC变换器。由于目前已经有各种型号的集成PWM 控制器，所以DC-DC变换器普遍采用PWM 控制方式。

图2DC-DC稳压电

路的组成

图3是DC-DC升压稳压变换器的原理图，它主要有采样电路、掌握电路〔比较放大、误差放大〕、驱动电路组成。其稳压原理是：假如输

入电压增大，则通过采样电阻将输出电压的变

化〔增大〕，采样和基准电压相比较通过比较放大器输出信号去控制控制电路